【c语言】动态内存管理（malloc、free、calloc、realloc）

动态内存开辟：在堆上开辟

1.malloc（申请）与free（释放）

malloc与free都声明在stdlib.h头文件
a.malloc

:提供动态内存开辟的函数，向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

• 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针
• 如果开辟失败，则返回一个NULL指针
• 返回值得类型是void* ,所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。
  函数原型：
  void* malloc(size_t size);//size,字节数
  b.free
  free函数用来做动态内存的释放和回收，函数原型：
  void free(void* p);
  注意事项：
• 列表内容如果参数p指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是为未定义的
• 如果p为空，那函数什么都不做。

简单使用：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


int main()
{
	int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)//判断p是否为空为空报错
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);//释放p指向的动态空间
	p = NULL;
	system("pause");
	return 0;
}

malloc与free要成对使用
malloc的错误使用
1.释放动态开辟的一部分

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(40);
	int i = 0;

	*p++ = 10;

	free(p);//释放动态开辟的一部分
	p = NULL;
	return 0;
}

2.对动态开辟空间的多次释放

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(40);
	int i = 0;
	free(p);

	//对动态开辟空间的多次释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3./越界访问

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(40);
	int i = 0;
	//越界访问 
	for (i = 9; i <= 10; i++)
	{
		p[i] = 0;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

4.释放非动态开辟空间

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(40);
	int i = 0;
	int num = 10;
	//释放非动态开辟空间
	p = #
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

5.未free内存泄漏

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(40);


	//未free内存泄漏
	p = NULL;
	return 0;
}

6. //解引用NULL指针

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(0);//开辟失败
	int i = 0;

	//解引用NULL指针
	*p = 20;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

7.该使用不出错但会产生内存泄漏

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(40);
	int i = 0;

	p = NULL;//内存泄漏但没有问题

	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

为避免以上错误开辟完空间后使用：

	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}

2.calloc

calloc也可用来动态内存分配。原型如下：
void* calloc（size_t num,size_t size）;
函数为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
##3.realloc
realloc函数可以让动态内存管理更加的灵活，它可以对动态内存开辟大小进行调增。
函数原型：
void* realloc(void* p,size_t size);

• p是要调整的内存地址
• size为调整后的大小
• 返回值为调整之后的内存起始位置。
• 这个函数调整原内存空间大小的基础，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

realloc调整空间存在两种情况：

• 原有空间之后是有足够的空间
  该情况要扩展内存就直接在原有空间之后追加空间，原来空间的数据不发生变化。
• 原有空间之后没有足够大的空间
  原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是：在堆空间上另找一个合适的连续空间来使用，这样realloc函数返回的是一个新的内存地址。
  

int main()
{
    int* cur=NULL;
	int *p = (int *)calloc(10, sizeof(int));
	int i = 0;
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;
	}

	cur = (int*)realloc(p, 20*sizeof(int));
	if(cur!=NULL)
	{
	p=cur;
	}
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);
	p = NULL;
	system("pause");
	return 0;

}

如上图：假若为第一种情况，运行观察p地址不变

int main()
{
    int* cur=NULL;
	int *p = (int *)calloc(10, sizeof(int));
	int i = 0;
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;
	}

	cur = (int*)realloc(p, 200000*sizeof(int));
	if(cur!=NULL)
	{
	p=cur;
	}
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);
	p = NULL;
	system("pause");
	return 0;

}

如上图：假如为第二种情况，运行观察p的地址会变化。

经典试题

void GetMeory(char *p)
{
  p=(char *)malloc(100）；
}
void test(void)
{
  char* str =NULL;
  GetMeory(str);
  strcpy(str,"hello");
  printf(str);
}

该程序运行会崩溃，并且存在内存泄漏，p是形参创建在栈上，执行完成后销毁，不会影响str，str还是空指针，内存copy失败。
修改如下：

void GetMeory(char**p)
{
  *p=(char *)malloc(100）；
}
void test(void)
{
  char* str =NULL;
  GetMeory(&str);
  strcpy(str,"hello");
  printf(str);
}

void GetMeory(void)
{
   char p[]="hello";
   return p;
}
void test(void)
{
  char* str =NULL;
  str=GetMeory();
  printf(str);
}

输出的是随机值，因为GetMeory(void)创建p[]为局部数组，GetMeory(void)返回时，这块空间就还给操作系统，如果把这块空间的起始地址返回用str，通过str寻找时该空间可能已经被修改.就像你开房开一晚上，第二天就住不了了嘻嘻。栈空间值可以返回但是地址不能返回。
3

void GetMeory(char **p, int num)
{
	*p = (char *)malloc(num);
}
void test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMeory(&str,100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);	
}

该题目未free，内存泄漏。

void GetMeory(char **p, int num)
{
	*p = (char *)malloc(num);
}
void test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMeory(&str,100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);	
	free(str);
    str=NULL;
}

void test(void)
{
	char* str = (char *)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}

该程序会崩溃，修改如下。

void test(void)
{
	char* str = (char *)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	str=NULL;
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}

柔性数组

C99中，结构中的最后一个元素允许是未知的数组，这就叫做【柔性数组】成员。
eg：

typedef struct st_type
{
  int i;
  int a[0];
}type_a;

有些编译器会报错无法编译可以改成：

typedef struct st_type
{
  int i;
  int a[];
}type_a;

柔性数组的特点

• 结构体的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员
• sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存
• 包含柔性数组成员的结构用malloc()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构体的大小，以适应柔性数组的预期大小。

柔性数组的好处

• 方便内存释放
  如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员的内存一次性分配，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。
• 这样有利于访问速度。
  连续的内存有益于提高访问速度，也有利于减少内存碎片。

柔性数组的使用

struct S
{
	int num;
	int arr[];//柔性数组成员
};

int main()
{
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 50 * sizeof(int));//50 * sizeof(int)为柔性数组开辟空间
	struct S* p = NULL;
	ps->num = 100;
	for (int i = 0; i < 50; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (int i = 0; i < 50; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
	p = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int));
	if (p != NULL)
	{
		ps = p;
	}
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
	free(ps);
	ps = NULL;
	system("pause");
	return 0;
}

struct S2
{
	int num;
	int *p;
};

int main()
{
	struct S2* ps = (struct S2*)malloc(sizeof(struct S2));
	ps->num = 100;
	ps->p = (int *)malloc(50 * sizeof(int));
	for (int i = 0; i<50; i++)
	{
		ps->p[i] = i;
	}
	printf("\n");
	for (int i = 0; i<50; i++)
	{
		printf("%d ", ps->p[i]);
	}
	free(ps->p);
	ps->p = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;
	system("pause");
	return 0;
}

1比2更好一点，利用率更好一点。