C语言进阶指南（18）——动态内存管理函数的常见问题

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一、动态内存开辟失败

malloc，calloc，以及realloc用于开辟动态内存时，由于无法再堆区中找到合适的空间区域。此时这些函数会停止开辟内存空间，并返回一个null指针。

我们先来看看一下几段代码

void test1(void)
{
	int* p = malloc(40);
	*p = 10000;
	free(p);
}

void test2(void)
{
	int* p = calloc(1,40);
	*p = 10000;
	free(p);
}

void test3(void)
{
	int* p = realloc(NULL, 40);
	*p = 10000;
	free(p);
}

test1，test2，和test3函数都对开辟的动态内存空间进行了操作，但是前面已经提到了，如果函数开辟动态内存失败了，返回的是一个NULL。也就是说此时p是一个空指针，对空指针进行解引用操作是一个错误的行为

解决方法如下：
对开辟的内存空间进行操作时，先判断这个指针的合法性

bool test1(void)
{
	int* p = malloc(40);
	if(p==NULL)//通过判断p是否为空指针来判断内存开辟是否成功
	return false;
	*p = 10000;
	free(p);
}

现在大家的计算机对于开辟几万，几十万，几百万的个字节的申请简直不值一提。如果大家想见到内存开辟失败，可以使用如下方式

int *p=malloc(INT_MAX);

INT_MAX是一个C语言中的宏，是int类型的数据能得到的最大数值。

二、指针丢失的问题

指针丢失的问题有多种情况

（1）指针指向的动态内存被释放

int* p = malloc(40);
if (p == NULL)
	exit(EXIT_FAILURE);
*p = 10000;
free(p);

p是一个指向动态内存区域的指针，但是当这段区域被释放之后，p仍然指向这片区域，但是此时p已经不再有使用这个区域的权限。也就是说p已经变成了指向不合法内存空间的野指针

由上图可以发现，由p指向的这片区域已经被释放，这片内存区域已经不再提供指针使用了，而p仍然指向这片区域，所以这个p已然成为一个野指针

解决方案：
请确保自己或者别人不再使用这个指针。

如果不行，可以在指向的动态内存空间被释放之后，将这个指针置为空指针（NULL）。

int* p = malloc(40);
if (p == NULL)
	exit(EXIT_FAILURE);
*p = 10000;
free(p);
p = NULL;

（2）指针被修改导致的丢失动态内存空间

这个问题主要在使用realloc函数修改内存空间是遇见。由于realloc可以用来修改动态内存空间的位置，使用realloc函数时会遇到以下情况（包括但不唯一）

(a)调整空间的请求是合理的，申请通过，realloc返回调整空间后的起始地址。
(b)动态内存区域开辟失败，返回NULL。

为了省事，有人会用同一个指针来接收这个函数的返回值，因为如果这个函数修改成功了，这个指针是可以继续指向一个有效的动态内存空间的

int* p = malloc(40);
p = realloc(p, 80);

使用同一个指针，使其继续保持指向重新开辟的区域

但是这种风格会导致一个问题，就是当realloc函数开辟动态内存失败时，返回的是一个NULL值，这就会导致这种情况

realloc函数开辟新区域后，会将原区域的数据拷贝进新区域，并将原区域的内存释放。
而realloc函数开辟新区域失败时，原区域将会被保留

于是原区域的内存，此时没有任何一个指针指向这片区域了。这就导致我们永远的丢失了这片区域，这片区域不会再开辟（因为已经具有权限），又无法将其释放（没有指针指向），
且不能使用（没有可以操作这片区域的指针）。

解决方法如下：
使用一个新指针来指向这个地方。

int* p1 = malloc(40);
int* p2 = realloc(p1, 80);

如果觉得使用多个指针会影响程序的可读性的话，可以用一个临时指针来替代。

int* p1 = malloc(40);
int* p2 = realloc(p1, 80);
if (p2 != NULL)
{
	p1 = p2;
}

这样子在后续的程序当中，可以继续使用p1来指向重新调整的区域.

（3）超出指针的作用域，使得指针丢失指向区域

在C语言中，除了在静态区的变量以外的变量，都有其作用域，通常这个作用域在花括号以内**“{}”**

有时候因为项目的需要，一个动态开辟的区域不会在创建过后立即销毁，而是在后续执行某个操作之后，再将这个这个动态内存释放掉。

void getmemory(void)
{
	int* p = malloc(40);
	if (p == NULL)
		exit(EXIT_FAILURE);
	*p = 10000;
}

这个创建动态内存的函数具有一个问题，那就是当这个函数执行完成之后，指针由于超出作用域，被计算机系统释放掉。那么这片内存区域就不再具有指针指向了，后续的操作也无法使用到这片区域。

解决方式：

int* p = malloc(40);
if (p == NULL)
	exit(EXIT_FAILURE);
*p = 10000;
return p;

虽然这个指针超出了作用域被释放了，但是函数结束后将这个地址传回，创建一个新的指针来接收这个地址，这个地址可以留着供自己或他人使用，并且可以被释放。

三、realooc函数可能发生的多种情况

realloc根据内存的分配状态有着不同的调整内存的方式，以一个代码为例

int* p = malloc(40);
int* ptr = realloc(p, 80);

假设malloc开辟40字节大内存大小之后，返回给指针p的值为0x11223344，也就是这片动态内存的区域的起始地址为0x11223344.

在大部分程序中，不会仅仅只有一个部分的内存区域被开辟的。

也就是说这个代码在内存中可能会产生的内存区域为

（a）假如重新开辟的区域不会与其他的内存区域重合。

也就是说p指向的动态内存空间，在经过realloc函数重新调整之后，不会与粉色的内存空间发生重合。

那么此时realloc返回的地址值与p是一致的，也就是0x11223344.
(b)如果重新调整后的区域的后续区域重合

这种情况下，realloc函数会在内存的其他区域当中，找到一个存储空间合适的位置，将原区域（0x11223344）的数据拷贝至新区域，并将原区域的内存释放出去。realloc函数返回新区域的起始地址。

需要注意的是，虽然原区域被释放了，而且realloc函数的返回值也不再是原区域的起始地址，但是这不会修改p，也就是p仍然指向原区域（0x11223344），即使它已经被释放了。
（c）内存中找不到任一区域来存放新的地址
如果在内存当中，函数找不到一处合适的空间来符合调整后的字节需求，那么这时候realloc函数不会在内存中开辟新的空间，函数返回值为空指针NULL，原空间不会被修改。