C語言中關於動態內存分配的詳解

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【C語言】動態內存分配

本期，我們將講解malloc、calloc、realloc以及free函數。

這是個動態內存分配函數的頭文件都是 <stdlib.h>。

c語言中動態分配內存的函數，可能有些初學c語言的人不免要問瞭：我們為什麼要通過函數來實現動態分配內存呢？

首先讓我們熟悉一下計算機的內存吧！在計算機的系統中大致有這四個內存區域：

1）棧：在棧裡面儲存一些我們定義的局部變量以及形參（形式參數）；

2）字符常量區：主要是儲存一些字符常量，比如：char *p=”hello world”;其中”hello world”就儲存在字符常量區裡面；

3）全局區：在全局區裡儲存一些全局變量和靜態變量；

堆：堆主要是通過動態分配的儲存空間，也就是我們接下需要講的動態分配內存空間。

靜態內存和動態內存的比較：

  • 靜態內存是有系統自動分配，由系統自動釋放。 靜態內存是在棧分配的。（例如：函數裡的局部變量）
  • 動態內存是由程序員手動分配，手動釋放。 動態內存是在堆分配的。（例如：用C語言寫鏈表時，需要自己對Node結點分配內存空間）

一、malloc 與free函數

void* **malloc( size_t ** size);

返回類型： void*，也就是說這個函數的可以返回所有類型的指針形式。隻需要在開辟空間的時候進行強制類型轉換一下即可。

函數參數：size_t size, 這個參數就是告訴這個函數，你需要開辟多少個字節的內存空間。

void free(void* memblock) ；

沒有返回參數。

函數參數：void* memblock， free函數可以接收來自所有類型指針的 動態分配 的 內存空間。

一切以栗子來描述吧：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
    //開辟10個int類型的空間
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); //切記這裡給的大小，是10  *  int（4個字節）
    int i = 0;
    if (arr == NULL)
    {
        perror("malloc"); //有可能，malloc開辟空間失敗，則malloc會返回NULL
        return 1;
    }
    
    for (i = 0; i < 10; i++)
        *(arr + i) = i; //放入數據 0 …… 9
    
    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ",*(arr + i));
    
    //記得釋放所開辟的空間
    free(arr); 
    return 0;
}

二、calloc

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

返回類型：與malloc函數是一樣的，就不在多說瞭。

函數參數：size_t num, 需要開辟多少個元素的空間。

​ size_ size, 每一個元素，所占用的內存空間是多少個字節。

註：與函數 malloc 的區別隻在於 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節初始化為全0。

栗子：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    //還是申請10個int類型的內存空間
    int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (arr == NULL)
    {
        perror("calloc"); //calloc開辟空間的話，會返回NULL
        return 1;
    }
    
    //不做賦值運算，直接輸出剛開辟的空間，看是否是已經初始化為0瞭
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ",*(arr + i));
    
    //記得釋放空間
    free(arr);
    return 0;
}

三、realloc

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

作用： Reallocate memory blocks.（重新分配內存塊）

  • memblock是需要調整的內存地址
  • size調整之後新大小
  • 返回值為調整之後的內存起始位置。
  • 這個函數調整原內存空間大小的基礎_上,還會將原來內存中的數據移動到新的空間。
  • realloc在調整內存空間的是存在兩種情況:

​ 情況1 :原有空間之後有足夠大的空間

​

假設我還想為“紅色框內的內存空間，擴大一倍，並且在這塊空間的後面，是有足夠的空間。所有realloc函數會在這緊挨這紅色框後面直接開辟空間。並且返回的還是紅色框的首元素地址。

情況2： 原有空間之後沒有足夠大的空間

此時，如果我還想為紅色框的內存空間進行擴大，此時紅色框後面緊挨著的空間已經被其他程序所占用瞭，此時想開辟空間的話，隻能將現在這塊空間先釋放掉（realloc會自動釋放），再去其他大一點的地方進行開辟空間。

如圖：

註：realloc函數，有一個很值得註意的地方，看如下代碼：

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); //先開辟5個int類型的空間
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //此時，我覺得malloc開辟的空間小瞭，我想增加
    arr = (int*) realloc(arr, 10);
    
    free(arr);
    return 0;
}

大傢覺得，這段代碼，有什麼弊端？

分析：

在第8行，realloc函數，去調整arr的空間。他是先查看arr後面的內存空間是否夠用，如果不夠用的話，會去尋找其他大一點的地方去開辟空間。假設此時我的內存已經滿瞭，此時realloc返回的是NULL。

也就是說，我本來想增容，結果沒增成功，還把以前空間裡的數據弄丟瞭。

所以在使用realloc函數時，先使用一個臨時變量進行保存一下，如果返回不是NULL，我們在把返回的內存地址賦值給arr即可。

如下：

int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); //先開辟5個int類型的空間
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //此時，我覺得malloc開辟的空間小瞭，我想增加
    int* tmp = NULL;
    tmp = (int*) realloc(arr, 10);
    if (tmp != NULL)
        arr = tmp;
    
    free(arr);
    return 0;
}

四、常見的動態內存的錯誤

  • 對NULL進行解引用操作
int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    *arr = 10; //沒有對arr進行NULL的判斷
    free(arr);
    return 0;
}
  • 對非動態內存分配的空間進行free釋放
int main()
{
    int a = 10;
    int* pa = &a;
    free(pa); //pa指針，並不是malloc等函數開辟的空間，不能使用free釋放，系統會自動回收的
    return 0;
}
  • 使用free函數釋放一塊動態分配空間的一部分
int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    arr++; //此時，arr向後跳瞭4個字節
    free(arr); //現在再去釋放空間，最前面的4個字節的空間就沒有釋放到，會報錯
    return 0;
}
  • 對同一塊內存空間進行多次釋放
int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    free(arr);
    free(arr); //重復釋放瞭
    return 0;
}
  • 動態開辟的空間忘記釋放（內存泄漏）
int main()
{
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL)
        return 1;
    
    //沒有釋放空間，會造成內存泄漏
    //造成內存泄漏，有很多原因，例如，在調用其他函數時，想傳回到本函數，指針沒用正確，導致開辟的空間沒有傳回來等等
    return 0;
}

註： 動態開辟的內存空間，切記 一定要釋放。不然後果很嚴重的！！！

本期更新就完啦！！！我們下期見啦

main()
{
int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (arr == NULL)
return 1;

}

  //沒有釋放空間，會造成內存泄漏
  //造成內存泄漏，有很多原因，例如，在調用其他函數時，想傳回到本函數，指針沒用正確，導致開辟的空間沒有傳回來等等
  return 0;

註： 動態開辟的內存空間，切記 一定要釋放。不然後果很嚴重的！！！

本期更新就完啦！！！我們下期見啦

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