C语言之动态内存分配一

为什么存在动态内存分配？：

但是这两种方式在某些情况下是不适用的，假设现在我们要在结构体中存放学生的信息。

struct S
{
	char name[20];
	int age;
};
int main()
{
	struct S arr[50];
	return 0;
}

但很明显，学生的数量是不确定的，如果我们分配内存为50个学生的大小，当学生人数超过这个数量就会出现存放不下的情况，那么有的人会说，我们可以开辟足够大的空间，这种方式看似解决了这个问题，但是会出现内存浪费的情况，假如说你申请了1000个内存空间，结果你只用了10个或者100个，这就浪费了大量的内存空间，那么我们是否可以将arr[]中的元素值先设置为n,再通过scanf函数输入n的值？
答案是：C语言不支持，但C99支持，要想创建变长数组，gcc是支持这种操作的，而我们使用的VS编译器并不支持这种操作。

什么叫变长数组？

数据的长度可以任意变化。

举例：

int main()
{
	int n;
	scanf("%d", n);
	struct S arr[n];//数组的长度并不是不变的
	return 0;
}

由此，C语言给出了一种动态内存分配。

动态内存分配的介绍：

malloc和free:头文件：#include<stdlib.h>

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void* malloc(size_t size);

这个函数向内存申请一块连续可用的函数，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的返回值一个要做检查。

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行决定。

如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器。

申请空间：

*void*malloc(sizeof(ELemType)num)

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	//向内存申请10个整形空间
	int *p=(int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		//打印错误原因
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	else
		//正常使用空间
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			*(p + i) = i;
		}
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", *(p + i));
		}
	}
	return 0;
}

输出如下所示：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 

释放空间：

free函数用来释放动态开辟的内存：

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。

当动态申请的空间不在使用的时候，就应该还给操作系统：

方法：

free(p);

将该语句加入到上面的代码中，再运行！

输出结果为：

0 1 2 3 4 5 6  7 8 9

输出这个结果难免会让我们产生疑惑，好像释放空间和不释放没有任何区别，其实事实并非如此。

上述代码即使没有加free，其内存空间也会被释放，其原因是当程序的生命周期结束时，动态申请的内存空间会自动还给操作系统，但我们并不提倡这种做法，原因是：上述代码，恰好在free语句下面就执行完了所有的程序，因此加不加free的效果是相同的，但是，如果free后面还有其他的逻辑语句，就会导致上面不用的代码一直占着内存，因此在以后的代码中，我们一定不能忘记加free.

但是这种释放方式还不够彻底，p的内存空间只是被释放了，但是它的值并没有改变，要想彻底使p释放，我们应在释放内存空间的语句后面再将p指向NULL，这才会彻底释放。

calloc函数：

calloc函数也可以用来动态内存分配；

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0。

举例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	//malloc(10*sizeof(int));
	int* p=(int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n",strerror(errno));
	}
	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", *(p + i));
		}
	}
	free(p);//释放动态开辟的空间
	p = NULL;
	return 0;
}

输出如下：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

因此如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。

realloc函数：

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。

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太大了，那为了合理的使用内存，我们必须要对内存的大小做灵活的调整，那么realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整，函数原型如下：

void*realloc（void*ptr,size_t size）;

ptr:要调整的内存地址

size：调整之后新的大小

返回值为调整之后内存起始位置

realloc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：

情况一：原有空间之后有足够大的空间，不需要开辟新的空间，直接进行追加

原有空间的数据不发生变化。

情况二：原有空间之后没有足够大的空间，需要开辟新的空间

举例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("开辟失败");
	}
	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 5; i++)
		{
			*(p + i) = i;
		}
	}
	//上述所使用的空间为我们在程序前面通过malloc函数申请的20个空间
	//假设此时该空间不够用了，我们还需要20个字节的空间，此时我们可以使用realloc来调整动态内存空间的大小
	int*ptr=(int*)realloc(p, 40);
	if (ptr != NULL)//追加成功
	{
		p = ptr;
		int i = 0;
		for (i = 5; i < 10; i++)
		{
			*(p + i) = i;
		}
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", *(p + i));
		}
	}
	free(p);//如果返回的是新地址，新地址需要用free函数释放，而旧地址会被realloc函数释放
	p = NULL;
	return 0;
}

常见的动态内存错误：

对NULL指针进行解引用操作：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	int i = 0;
	//如果malloc没能正确进行，p就被赋值为NULL，此后进行++操作为非法操作
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

对动态开辟空间的越界访问：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(5*(sizeof(int)));
	if (p == NULL)
	{
		return 0;
	}
	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)//上面只开辟了5个整形元素的空间，这里i<10;为越界访问
		{
			*(p + i) = i;
		}
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

对非动态开辟内存的free：

int main()
{
	//p并不是存在堆区的，free不能对齐进行访问
	int a = 10;
	int* p = &a;
	*p = 20;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

使用free释放一块动态开辟内存的一部分：

#include<string.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return 0;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*p++ = i;//p的指向位置已经发生改变，已经不是动态开辟的内存的起始位置
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

对同一块动态内存多次释放：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return 0;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*p++ = i;//p的指向位置已经发生改变
	}
	free(p);
	//...
	free(p);//多次释放p
	p = NULL;
	return 0;
}

编译程序崩溃，原因是我们对p进行多次释放。
那么如何避免这种错误呢？
方法：释放完内存，立即将其指向NULL，上面我们提到过，如果指针指向的是NULL，再对其进行释放，编译器将不会做任何事情。

free(p);
p = NULL;
//...
free(p);

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）：

int main()
{
	while (1)
	{
		malloc(1);//不断的开辟空间，但不进行释放
	}
	return 0;
}

将程序运行后，打开资源管理器，我们会发现，内存的占用比一直在增加。
忘记释放不再使用的开辟的空间会造成内存泄漏。
切记：动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放。