【C语言进阶】动态内存管理及柔性数组

动态内存的开辟在C语言中相当重要的知识

1、为什么会存在动态内存分配

内存的开辟方式：

int a=20;//在栈空间上开辟4个字节

int arr[10];//在栈空间上开辟40个字节的连续空间

这种开辟空间的方式有两个特点：

1、开辟的空间大小是固定的

2、数组在声明的时候，必须指定数组长度，它需要的内存在编译时分配。

但是这种内存开辟的方式存在缺陷，比如我们在写通讯录管理系统时指定了100个元素，但当我们填入元素过多时空间会不够用，当联系人较少时，又会产生空间的浪费，所以我们可以用一种灵活的方式，用多少提供多少，这种方式即动态内存管理。

2、动态内存函数的介绍

2.1malloc和free

void * malloc(size_t  size);

· 如果分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。

· 返回类型为void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用时侯使用者自己来决定。

· 如果参数size为0，malloc的行为是标准为定义的，取决于编译器。

free是专门用来做动态内存的释放和回收的：

void free(void* ptr)

· 如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那么free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

malloc函数与free函数的声明都在stdlib.h中

#include
#include
#include
#include
//malloc函数的使用
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	//动态内存分配
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//说明开辟成功,使用内存
	int i = 0;
	for (i = 0; i  
注意：在使用malloc开辟空间时，使用完成一定要释放空间，否则可能导致内存泄漏。 
 
内存泄漏：是指程序动态分配内存后，未能及时释放这些内存，导致系统无法再为其他对象分配内存，或者可能导致系统内存耗尽的现象。
 
 2.2calloc
 
calloc函数也用来动态内存分配
 
 
 
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全0。
 
#include
#include
#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i  
2.3realloc 
 
·​​​​​​​ realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活
 
·​​​​​​​ 有时我们会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过大了，为了合理的分配内存，我们一定会对内存的大小做灵活地调整。那么realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
 
 
 
void * realloc(void* ptr,size_t size);
 
 
·​​​​​​​ ptr是要调整的内存地址
 
·​​​​​​​ size是调整后的新大小 
 
·​​​​​​​ 返回为调整之后的内存起始位置。
 
·​​​​​​​ 这个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空间
 
·​​​​​​​ realloc在调整内存空间存在两种情况：
 
 
 
1、原有空间之后有足够大的空间；（直接追加）
 
 
2、原有空间之后没有足够大的空间；（会覆盖其他数据，所以开辟一块更大的空间，把原有数据拷贝过去）
 
 
#include
#include
#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i  
3、常见的动态内存错误
 
3.1对NULL指针解引用操作
 
 
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);//应该判断p是否为空指针，否则空间可能开辟失败
    *p = 20;
    return 0;
}
 
 
3.2对动态开辟空间的越界访问
 
 
 
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        return 1;
    }
    int i = 0;
    for (i = 0; i n = 100;
    int i = 0;
    for (i = 0; i arr[i] = i;
    }
    for (i = 0; i arr[i]);
    }//柔性数组成员
    struct S* ptr=(struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 80);
    if(ptr!=NULL)
    {
      ps=ptr;
    }
    //........
    free(ps);
    ps=NULL;//ptr已经赋给ps了所以不用释放ptr，释放平时即可
	return 0;
}
 
struct S
{
	int n;
	int* arr;
};
int main()
{
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	if (ps == NULL)
	{
		return 1;
	}
	ps->n = 100;
	ps->arr = (int*)malloc(40);
	if (ps->arr == NULL)
	{
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i arr[i]);
	}
    //释放
    free(ps->arr);
    ps->arr=NULL;
    free(ps);
    ps=NULL;
	return 0;
}
 
6.3柔性数组的优势 
 
 第一个好处：方便内存释放
 
 
 
如果我们的代码是在一个给别人使用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以不能指望用户来发现，所以，如果我们把结构体的内存以及成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存给释放掉。
 
 
第二个好处：有利于访问速度
 
 
 
连续的内存有利于提高访问速度，也有益于减少内存碎片