C语言中灵活多变的动态内存管理，malloc函数 && free函数&& calloc函数 && realloc函数

🚀前言

铁子们好啊！今天阿辉给大家讲一下C语言里面特别重要的一块知识——动态内存管理，为什么说它重要呢？相信大家在使用数组时都遇到过数字开辟空间太大或者太小的情况，这是很尴尬的因为数组空间一旦确定就难以扩大或者缩小。而今天的动态内存管理将帮我们很好的解决这一窘境。话不多说，开始咱们今天的学习吧！！！

🚀管理动态内存的函数

动态内存的管理其实也就分为两块

• 空间的开辟和扩容
• 空间的释放

而要做到以上两点，我们要引入几个重要的管理动态内存的函数

动态内存的开辟和释放都是在堆区上

??malloc函数

malloc函数是用来开辟空间的，如何使用呢？下面是它的声明👇

void* malloc(size_t size);

关于malloc函数的注意事项：

• size表示malloc函数所开辟空间的大小，单位是字节
• maloc函数对于开辟空间存放何种类型的数据并不关心，返回值是void*类型，malloc开辟空间成功，则返回这块空间的起始位置的地址；若开辟空间失败，则返回空指针NULL
• 给malloc传入的参数为0时，这种行为是C语言标准未定义的，取决于编译器
• 由malloc函数开辟的空间，里面的内容是随机的

具体使用：

int mian()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//开辟10*4个字节的空间，返回值强转为int*
	if (p == NULL)//判断动态内存是否开辟成功
	{
		printf("malloc 开辟空间失败\n");//开辟失败返回调试语句，就是让程序员知道哪错了
		return 1;//开辟失败直接返回
	}
	//对动态开辟内存的进一步使用
	//这玩意其实就是个数组，有了首元素地址，不就是当成数组来玩嘛
	for (int i = 0; i < 10; i++)//十个元素初始化成0~9
	{
		p[i] = i;//这玩意与*(p+i) = i等价，不懂得可以看阿辉之前关于指针的文章
	}
	return 0;
}

关于malloc函数开辟的空间，它是一块连续的空间，直接当成数组使用一点毛病没有，
它与数组最大的区别在于，malloc开辟的空间是在堆区上的，而数组是在栈区上的。
而堆区上申请的空间须有程序员自己手动释放（Java，Python有垃圾回收机制），否则将造成内存泄漏。其实就是你从我这拿了空间去用，不用了就还给我，别占着茅坑不拉屎，你不用别人也用不了。对于堆区申请的空间的释放，这里要引入下面这个新的函数

??free函数

C语言提供了一个函数free，专门用来做动态内存的释放和回收的，函数声明如下：

void free(void* ptr);

对于free函数使用时的注意事项：

• 对于传给free的参数必须是指向动态开辟内存（也就是是堆区开辟的空间）的起始地址的指针
• 若传给free的参数是空指针NULL，free函数则什么也不干
• free只会释放传入的指针指向的空间，并不会给传入指针置空，这会很危险，空间你都还给操作系统了，你这个指针还指向那里，这个指针很野得治，所以free完，指针我们要置空

int mian()
{
	//开辟动态空间
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	//判断动态内存是否开辟成功
	if (p == NULL)
	{
		printf("malloc 开辟空间失败\n");
		return 1;
	}
	/*
	对动态开辟空间的使用
	*/
	//不用啦，释放空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

👆这段代码就是动态内存的使用的基本模式，先开辟空间，然后判断是否开辟成功，接着使用这块空间，最后不用了把这块空间释放掉

??calloc函数

C语言中还提供了calloc函数，同样是进行动态内存分配的，函数声明如下：

void* calloc(size_t num, size_t size);

calloc与malloc仅有两点不同

• 使用上calloc函数需要两个参数，开辟空间为num个大小为size个字节的空间
• calloc函数开辟的空间会把每个字节全部初始化为0

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)//判断空间是否开辟成功
	{
		printf("calloc开辟空间失败\n");
		return 1;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)//打印动态内存中的元素
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	free(p);//空间释放
	p = NULL;//指针置空
	return 0;
}

输出：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0  //十个0

??realloc函数

铁子们估计有点不买账了，说好的动态内存分配，讲了这么多也没有体现动态俩字。铁子们别急，realloc函数才是今天的重头戏
C语言提供realloc函数用来使动态内存的使用更加灵活，之前开辟的空间太大或者太小都可以灵活的调整重新分配空间大小
realloc函数的函数声明

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

realloc函数在使用时要注意下面这几点：

• ptr是要调整的空间的起始地址，ptr得是动态内存开辟的地址，若是ptr为空指针，realloc函数将与malloc函数的实现一样

• size是realloc函数调整大小后的内存空间大小

• realloc函数的返回值是空间调整后的起始地址，空间开辟失败返回空指针

• realloc函数扩容的空间里面的值并未被初始化，是随机值

• 这个函数在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

• 对于realloc函数调整空间有了两种情况：

  • 情况一：原有空间后有足够空间
    

  • 情况二：原有空间后无足够空间，原有空间将被释放掉，重新找一块空间
    

例子：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));//先用malloc申请5个整型大小的内存空间
	if (p == NULL)//判断是否开辟成功
	{
		printf("malloc开辟空间失败\n");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(p + i) = 1;//把5个整型全部初始化为1
	}
	//不够用了，要再增加5个整型
	int* ptr = (int*)realloc(p, 10 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("realloc开辟空间失败\n");
		return 1;
	}
	p = ptr;//空间扩容成功将ptr的地址赋给p
	ptr = NULL;//ptr置空
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

上述，使用realloc对空间做调整时，一定要新创建一个变量来接收realloc的返回值，因为如果使用指向原空间的起始地址的指针p来接收，一旦realloc开辟空间失败，p将被赋值成NULL，将找不到原来空间造成内存泄漏

🚀在使用动态内存函数时的常见错误

??对NULL指针的解引用

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);
	*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
	free(p);
}

?? 对动态开辟空间的越界访问

void test()
{
	int i = 0;
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	}
	free(p);
}

??对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
    int a = 10;
    int *p = &a;
    free(p);//error——不能对非动态内存进行释放
}

??使用free释放一块动态开辟内存的一部分

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

??对同一块动态内存多次释放

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(100);
    free(p);
    free(p);//重复释放
}

??动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(100);
    if(NULL != p)
    {
        *p = 20;
    }
}
int main()
{
    test();
    while(1);
}

对于动态开辟的内存一定要记得释放，否则将造成内存泄漏

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