【C语言】动态内存规划# 这一篇就够了
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通过本篇文章，你可以了解到：
? ? ? ? 0.C/C++中程序内存区域划分
? ? ? ? 1.动态内存分配的作用
? ? ? ? 2.动态内存函数的原理与使用? ?和实例演示
? ? ? ? 3.动态内存规划的常见错误
? ? ? ? 4.动态内存的经典笔试题分析
（O）C/C++中程序内存区域划分
????????在讲解动态内存规划之前，我们先要了解一些关于内存的划分，这样一来我们就可以对动态内存分配有一个较深的理解。
C\C++程序中内存分配的几个区域：
?????????看似内存区域很多，初学者看着比较杂乱，但是，对于学习编程语言阶段，我们只需注意其中的一些内存区域即可：
????????栈区（stack），堆区（heap），数据段（静态区）（staatic），代码段。
栈区：
????????在执?函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执?结束时，这些存储单元?动被释放。栈区主要存放运?函数?分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
我已经在博客中讲解过《函数栈帧的创建与销毁》，如果想要对栈区有更深入的了解，欢迎阅读。
函数栈帧创建和销毁
https://blog.csdn.net/2301_79465388/article/details/134256464?spm=1001.2014.3001.5501
堆区：?般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）回收。分配?式类似于链表。
数据段（静态区）：存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的?进制代码。
具体代码片段的例子如下：?
?数据段（静态区）：全局变量，静态变量；
栈区：局部变量；
代码段：只读常量
（字符串常量是一种只读常量）；
堆区：动态内存分配
?（一）动态内存分配的作用
? ? ? ? 动态内存分配，它的作用十分强大，也极其灵活，这意味着我们作为编程人员可以自己申请和释放空间，?让空间得到最有效的利用，它是程序节约资源与提高效率的基础，是部分数据结构的根本，有了动态内存分配，我们可以更加高效的管理内存，这一操作充分体现了C语言? 直接对内存操作? 的优越性。
(二)动态内存函数的原理与使用
（根据cplusplus.com讲解）?
?1.内存开辟malloc
（malloc以字节数开辟内存）?
C语?提供了?个动态内存开辟的函数：
void* malloc (size_t size);
这个函数向内存申请?块连续可?的空间，并返回指向这块空间的指针。
? 如果开辟成功，则返回?个指向开辟好空间的指针。
? 如果开辟失败，则返回?个 NULL 指针，因此malloc的返回值?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?的时候使?者?
?来决定。
? 如果参数 size 为0，malloc的?为是标准是未定义的，取决于编译器。
?
实例：
以开辟多个单精度浮点型数组为例：
????????*对malloc的返回值要判断；
????????*使用时malloc的返回值要强制类型转换；
????????*唯一的参数表示要开辟的内存空间的大小；
代码演示：
int main()
{
//开辟的内存是连续的
float* pf = (float*)malloc(sizeof(float)*7);
//对malloc的返回值进行判断，如果是空指针，表明内存开辟失败，用perror打印报错信息
if(pf == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
//使用
for(int i = 0;i < 7;i++)
{
*(pf + i) = i/10.0;
}
//打印
for(int i = 0;i < 7;i++)
{
printf("%f ",*(pf+i));
}
return 0;
}
2.初始并开辟calloc
（与malloc作用一致，但是内存开辟后自动被初始化为 0）
?
????????C语?还提供了?个函数叫 calloc ， calloc 函数也?来动态内存分配。原型如下
void* calloc (size_t num, size_t size);
? 函数的功能是为 num 个??为 size 的元素开辟?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
?
代码实例：?
int main()
{
int* p = (int*)calloc(15,sizeof(int));
if(p == NULL)
{
perror("calloc");
return 1;
}
for(int i = 0;i < 15;i++)
{
printf("%d ",*(p+i));
}
return 0;
}
3.调整已开辟的内存realloc
? 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?了，有时候我们?会觉得申请的空间过?了，那为了合理的时候内存，我们?定会对内存的??做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存?
?的调整。
函数原型如下：
void* realloc (void* ptr, size_t size);
? ptr 是要调整的内存地址
? size 调整之后新??
? 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??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1：原有空间之后有?够?的空间
? 情况2：原有空间之后没有?够?的空间
情况1
????????当是情况1的时候，要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发?变化。
情况2
????????当是情况2的时候，原有空间之后没有?够多的空间时，扩展的?法是：在堆(heap)空间上另找?个合适??的连续空间来使?。这样函数返回的是?个新的内存地址。同时，原来内存上的数据会被copy到新开辟的内存的地址上。
使用实例：
*realloc的操作对象只能是已经开辟好的动态内存；
*由于calloc是对已有的动态内存开辟的空间进行调整，而我们是用一个指针变量来找到先前开辟的动态内存的，但是realloc在开辟失败时会返回空指针。为了避免开辟失败返回的空指针覆盖掉原指针（这个指针指向已经开辟好的动态内存），导致原动态内存无法被使用，也无法主动释放，（这种情况就是内存泄露）我们在实际操作时先用临时创建的指针变量接收realloc的返回值，判断如果不是空指针，再将临时变量赋给原指针变量；?
代码实例：
int main()
{
//开辟15个int数据
int* pf = (int*)malloc(sizeof(int)*15);
if(pf == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
//使用
for(int i = 0;i < 15;i++)
{
*(pf+i) = i+100;
}
//打印
for(int i = 0;i < 15;i++)
{
printf("%d ",*(pf+i));
}
//realloc重新调整
int* tp = (int*)realloc(pf,sizeof(int)*20);
if(tp == NULL)
{
perror("realloc");
return 1;
}
else//如果返回值不为空指针，tp赋值给pf
{
pf = tp;
}
//使用
for(int i = 15;i <= 20;i++)
{
*(pf+i) = i+200;
}
//打印观察
printf("\n");
for(int i = 15;i <= 20;i++)
{
printf("%d\n",*(pf+i));
}
return 0;
}
?4.释放空间free
free - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/free/?kw=free
C语?提供了另外?个函数free，专?是?来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
void free (void* ptr);
free函数?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?为是未定义的。
? 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
malloc和free都声明在 stdlib.h 头?件中。
注意?
*其实，前面的代码举例都有一个严重的问题，malloc，calloc，realloc，动态开辟的内存在使用后要手动释放 ，将内存还给操作系统，这个操作对于长期运行的程序，尤其是服务器来说十分重要。
*realloc对动态内存进行调整，期间创建的临时指针变量不必释放，在其他操作均正确的情况下，如此操作会造成free对同一个动态内存重复释放。?
（原因在于临时指针与原指针指向的是同一块内存空间）
这也正是动态内存规划常见的错误。?
?（三）动态内存规划的常见错误
1.* 对NULL指针的解引用操作
? ? ? ? （空指针是无法解引用的）
void test()
{
int* p = (int*)malloc(sizeof(int));//如果malloc返回值是NULL，则报错
*p = 20;
free(p);
}2.*对动态开辟空间的越界访问
?无论何时，这是常见的错误：数组越界。
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
perror("malloc");
return 1;
}
for(i=0; i<=10; i++)
{
*(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
p = NULL;
}3.*对非动态开辟内存使用free释放
void()
{
int a = 0;
int* pa = &a;//不能对非动态内存分配的空间解引用
free(pa);
}4.*使用free释放?块动态开辟内存的?部分
（没有完全释放动态内存开辟的空间）?
void test()
{
int *p = (int *)malloc(10);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}5.*动态开辟内存忘记释放
（内存泄漏）
int main()
{
int* p = (int*)calloc(15,sizeof(int));
if(p == NULL)
{
perror("calloc");
return 1;
}
for(int i = 0;i < 15;i++)
{
printf("%d ",*(p+i));
}
//没有释放动态内存开辟的空间
return 0;
}?（四）动态内存的经典笔试题分析
小明的困惑：
题目1：
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
题目2：
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}题目3：
void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}题目4：
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
? ? ? ? 小明?为了解这些题目，ta将题目放入编译器中运行，观察到了程序的状态，你能根据ta的观察，帮帮分析一下这些题目的原理吗？
小明的观察：
题目一：无法运行，报错
题目二：看似正常运行
题目三：看似正常运行
题目四：看似正常运行
?????????分析在文章之后公布。
?完~
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