C语言动态内存分配——malloc,calloc,realloc,free

动态内存分配

目录

动态内存分配

一、编译时分配内存

二、动态内存函数

1、void*  malloc(size_t  size)；

         2、void free (void* ptr);

3、void*  calloc(size_t  num,size_t  size);

4、void*  realloc(void*  ptr,  size_t  size);

三、注意事项

1、动态内存开辟一定记得释放！

2、如何检测某个函数是否内存泄漏？

3、虽然释放内存了，但是释放的不彻底。

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一、编译时分配内存

试想这样一种状况，我们想要用户自己确定想要申请的数组的元素个数。我们可以用这样的方法吗？

    int num = 0;
	printf("请输入元素个数：");
	scanf("%d", &num);
	int arr[num];

在C语言中，这样的方式是不被允许的，数组的方括号内必须是确定的常值。这时候就轮到我们动态内存分配上场了。

二、动态内存函数

1、void*  malloc(size_t  size)；

该函数函数向内存申请一块连续可用的，大小为size个字节的空间，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，因此malloc的返回值一定要做检查。

返回值的类型是 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。

如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

有了这个函数，我们就可以解决 一 中的问题了。看下面的代码片段：

	int num = 0;
	printf("请输入元素的个数：");
	scanf("%d", &num);
	int* arr =(int*)malloc(sizeof(int)*num);
	if (arr != NULL){//判断是否分配成功
		printf("分配成功");
		//操作
	}
    free(arr);//释放掉空间，防止内存泄漏

这样的方式就完美的解决了上面的问题。

2、void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存，动态内存申请后一定要释放，不然会造成内存泄漏，这是一件很影响程序员幸福感的事情，一定要避免。

如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。

如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

我们来测试一下：

(1)、能否开辟0字节大小的空间？可以。

	char* p = NULL;
	p = (char*)malloc(0);
	if (p == NULL){
		printf("分配失败\n");
	}
	else{
		printf("分配成功\n");//可见malloc可以分配0字节大小的空间
		free(p);
	}

结果为：

可见malloc可以分配0字节大小的空间。

(2)、能否释放已经过的空间？不行。

	char* p1 = NULL;
	p1 = (char*)malloc(1);
	free(p1);
	free(p1);//再次释放报错

结果为：

运行时出现错误。

(3)、能否free非动态申请的变量？不能。

	char a = 'a';
	char* p2 = &a;
	free(p2);//不能free非动态申请的变量，未定义行为

结果为：

运行时出现错误。

(4)、能否free(NULL)？可以，什么操作都不做。

    free(NULL);

结果为：

什么操作都没做。

(5)、free(p) 后，是否是 p 的指向改变，变成了NULL？不是，p 指向的位置没有改变，但是p 这个指针指向的内容被释放，现在 p 是野指针了。

	int* i = NULL;
	i = (int*)malloc(4);
	printf("0x%p\n", i);
	free(i);
	printf("0x%p\n", i);//被释放前后指向的空间是相同的

结果为：

可见free(i) 前后，i 指针指向的位置并没有发生改变。

3、void*  calloc(size_t  num,size_t  size);

函数的功能是为 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。

与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。

举个例子：

	int num = 5;
	int* p1 = (int*)calloc(num, sizeof(int));
	int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int)*num);
	if (p1 != NULL){//分配成功
		printf("calloc分配情况:");
		for (int i = 0; i < num; i++){
			printf("%d\t", p1[i]);
		}
		printf("\n");
	}
	if (p2 != NULL){//分配成功
		printf("malloc分配情况:");
		for (int i = 0; i < num; i++){
			printf("%d\t", p2[i]);
		}
		printf("\n");
	}
	free(p1);
	free(p2);

结果为：

其实calloc=ralloc+memset；

void* memset(void* str, int c, size_t n) 

这个函数的功能是复制字符 c（一个无符号字符）到参数 str 所指向的字符串的前 n 个字符。

这里读者可以自行下去测试，我不再赘述。

4、void*  realloc(void*  ptr,  size_t  size);

有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的时候内存， 我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

ptr 是要调整的内存地址；

size 调整之后新大小 ；

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上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

(1)、原有空间之后有足够大的空间，那么只需要延长空间即可。

(2)、原有空间之后没有足够大的空间，那么系统将会寻找一个足够大的连续空间，并原来的数据搬运进去。

正是因为有分配失败的状况，所以使用realloc函数更应该注意。

看下面一段代码：

	int *ptr = malloc(100);
	if (ptr != NULL){
		//业务处理
	}
	else{
		printf("分配失败\n");
	}
	//扩展容量
	//代码1
	ptr = realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)

这样可以吗？

不可以，如果分配失败了，realloc 会返回 NULL，那么将意味着我们malloc出来的空间的地址将丢失（以前该地址存放在指针 ptr 中），将会造成内存泄漏。

如何改进？请看下面这段代码：

	int *ptr = malloc(100);
	if (ptr != NULL){
		//业务处理
	}
	else{
		printf("分配失败\n");
	}
	//扩展容量
	//改用下面这段代码
	int*p = NULL;
	p = realloc(ptr, 1000);
	if (p != NULL)
	{
		ptr = p;
	}
	//业务处理
	free(ptr);

用一个新的指针 p 接收 realloc 出来的空间，若失败了，原来 malloc 出来的空间地址也不会丢失；若成功了，将 p 赋回给 ptr ，在进行操作就可以了。

三、注意事项

1、动态内存开辟一定记得释放！

上面我们介绍了三种动态分配内存的函数，分别为malloc，calloc，realloc，这三个函数申请出来的内存都要用 free 释放掉。

在实际的开发当中，尤其是服务器应用的开发，某个函数很可能被来回的调用，而且服务器长时间运行，所以内存泄漏的影响被放大，所以一定记得释放掉动态申请的内存空间。

2、如何检测某个函数是否内存泄漏？

某些函数可能在运行的过程中只泄露很小的一块内存，在实际的使用时不容易发现，我们可以循环调用该函数（每一次循环，调用上千次该函数），并且打开任务管理器查看该任务的内存是否随着时间线性上升，如果是，那多半是内存泄漏了。

3、虽然释放内存了，但是释放的不彻底。

我们直接看代码：

void test(){
	int *p = (int *)malloc(100);
	p++;
	free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

由于 p 的指针的位置已经改变，所以虽然释放了空间，但是依然内存泄漏。

我们可以用一个新的指针保存原来的地址来避免这种错误。

 

今天的内容就分享到这里，希望大家多多评论，一起提高。