C语言第三十四弹—动态内存管理(下)

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动态内存管理

1、动态内存经典笔试题分析

1.1、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);
 }
 int main()
 {
  Test();
  return 0;
 }

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

根据C语言顺序结构原则，进入Test()函数之后逐条执行，先创建一个指针变量str指向NULL，再执行GetMemory函数，将 str 传入函数，然后动态开辟100字节空间，但是指针变量 p 出了函数会自动销毁，然后执行strcpy函数，但是此处str 指向NULL，程序对NULL进行解引用操作，程序崩溃，前面函数动态开辟内存没有手动释放，因此会导致内存泄漏。

1.2、题目2

char *GetMemory(void)
 {
 char p[] = "hello world";
 return p;
 }
void Test(void)
 {
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
 }
 int main()
 {
  Test();
  return 0;
 }

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

根据C语言顺序结构原则，进入Test()函数之后逐条执行，先创建一个指针变量str指向NULL，再执行GetMemory函数，将数组首元素地址作为返回值返回给str，但是此处是在栈区开辟的空间，函数结束后就会销毁，此时str就为野指针，打印野指针(非法访问内存)就会出现肉眼看不懂的文字。

1.3、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);
 }
 int main()
 {
  Test();
  return 0;
 }

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

根据C语言顺序结构原则，进入Test()函数之后逐条执行，先创建一个指针变量str指向NULL，再执行GetMemory函数，将str的地址传入函数，将*p开辟100个内存空间，即给str开辟100个内存空间，然后执行strcpy函数，将hello\0拷贝到str，再将str打印出来，此处没有太大问题，唯一的问题是str指向的空间是动态开辟的，没有手动释放，会导致内存泄漏。

1.4、题目4

void Test(void)
 {
 char *str = (char *) malloc(100);
 strcpy(str, "hello");
 free(str);
   if(str != NULL)
   {
    strcpy(str, "world");
    printf(str);
   }
 }
int main()
{
 Test();
 return 0;
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果？

根据C语言顺序结构原则，进入Test()函数之后逐条执行，先创建一个指针变量str指向动态开辟100字节的空间，然后将该空间拷贝hello\0，然后释放该空间(只是不能正常使用，实际还是指向该位置)，此时str还是指向动态开辟的空间，因此指向strcpy函数，将world\0拷贝到str，然后打印str，即打印出world，只是str为野指针，即非法访问内存。

2、柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。 C99 中，结构中的最后⼀个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。 例如：

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

有些编译器会报错无法编译可以改成：

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[];//柔性数组成员
}type_a;

2.1、柔性数组的特点

• 结构中的柔性数组成员前面必须至少⼀个其他成员。 • sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。 • 包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。

例如：

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
 printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
 return 0;
}

2.2、柔性数组的使用

//代码1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
 int i = 0;
 type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
 //业务处理
 p->i = 100;
 for(i=0; i<100; i++)
 {
 p->a[i] = i;
 }
 free(p);
 return 0;
}

这样柔性数组成员a，相当于获得了100个整型元素的连续空间。

2.3、柔性数组的优势

上述的 type_a 结构也可以设计为下面的结构，也能完成同样的效果

//代码2
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct st_type
{
 int i;
 int *p_a;
}type_a;
int main()
{
 type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));
 p->i = 100;
 p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
 
 //业务处理
 for(i=0; i<100; i++)
 {
 p->p_a[i] = i;
 }
 
 //释放空间
 free(p->p_a);
 p->p_a = NULL;
 free(p);
 p = NULL;
 return 0;
}

上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是 方法1 的实现有两个好处： 第⼀个好处是：方便内存释放 如果我们的代码是在⼀个给别人用的函数中，你在里面做了⼆次内存分配，并把整个结构体返回给用户。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内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其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也给释放掉。 第⼆个好处是：这样有利于访问速度. 连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。（其实，我个⼈觉得也没多高了，反正你跑不了要用做偏移量的加法来寻址） 扩展阅读： C语⾔结构体里的数组和指针https://coolshell.cn/articles/11377.html

3、总结C/C++中程序内存区域划分

C/C++程序内存分配的几个区域：

1. 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。 2. 堆区（heap）：⼀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回收 。分配方式类似于链表。 3. 数据段（静态区）：（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。 4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码。

总结

本篇博客就结束啦，谢谢大家的观看，如果公主少年们有好的建议可以留言喔，谢谢大家啦！