前言
本篇博客就来探讨一下动态内存,说到内存,我们以前开辟空间大小都是固定的,不能调整这个空间大小,于是就有动态内存,可以让我们自己选择开辟多少空间,更加方便,让我们一起来看看动态内存的有关知识吧
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目录
1.什么是动态内存
首先我们要搞清楚什么是动态内存的分配?
平常我们定义的数组,都是在栈区分配的空间,都是分配的空间都是固定的大小
这种分配固定大小的内存分配方法称之为静态内存分配
与静态内存相对的,就是可以控制内存的分配的动态内存分配
注意:这里动态内存分配的空间是在堆区申请的,不是在栈区申请的
我们再来看看内存各个空间都是什么
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。
2. malloc和free
我们来了解下动态内存的函数,对了以下所有函数的头文件都是<stdlib.h>
2.1 malloc
C语言提供了一个动态内存开辟的函数:
void* malloc (size_t size);
这个函数向内存申请一块连续可用的空间,并返回指向这块空间的指针。
注意:
• 如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针。 • 如果开辟失败,则返回一个 NULL 指针,因此malloc的返回值一定要做检查。 • 返回值的类型是 void* ,所以malloc函数并不知道开辟空间的类型,具体在使用的时候使用者自己来决定。 • 如果参数size为0,malloc的行为是标准是未定义的,取决于编译器
2.2 free
C语言提供了另外一个函数free,专门是用来做动态内存的释放和回收的,函数原型如下:
void free (void* ptr);
free函数用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。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = {0};
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
int i = 0;
for(i=0; i<num; i++)
{
*(ptr+i) = 0;
}
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//是否有必要?
return 0;
}
看这个例子就是典型的动态内存的开辟和回收,malloc开辟空间,然后判断一下是不是开辟空间失败,若失败返回空指针,当动态内存你使用完毕之后,用free释放,释放后的指针是野指针,记得置空。
3. calloc和realloc
3.1 calloc
C语言还提供了一个函数叫calloc , calloc 函数也用来动态内存分配。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全0。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if(NULL != p)
{
int i = 0;
for(i=0; i<10; i++)
{
printf("%d ", *(p+i));
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
输出结果:
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化,那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。
3.2 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小了,有时候我们又会觉得申请的空间过大了,那为了合理的使用内存,我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。 函数原型如下:
void* realloc (void* ptr, size_t size);
• ptr 是要调整的内存地址 • size 调整之后新大小• 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大小的基础上,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:原有空间之后有足够大的空间 ◦ 情况2:原有空间之后没有足够大的空间
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生变化。 情况2 当是情况2的时候,原有空间之后没有足够多的空间时,扩展的方法是:在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用。这样函数返回的是一个新的内存地址。由于上述的两种情况,realloc函数的使用就要注意一些:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int *ptr = (int*)malloc(100);
if(ptr != NULL)
{
//业务处理
}
else
{
return 1;
}
//扩展容量
//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗?(如果申请失败会如何?)
//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中,不为NULL,在放ptr中
int*p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if(p != NULL)
{
ptr = p;
}
//业务处理
free(ptr);
return 0;
}
realloc在vs上,是情况2的情况,自动释放旧的动态空间,在新的动态空间里开辟更大的空间,自动把就空间的数据拷贝一份到新空间,返回新空间的初始指针,所以不用再用free释放旧空间,只需释放realloc开批的新空间,记住realloc开辟的新空间也有可能开辟失败,若开辟失败,返回空指针。
4. 常见的动态内存的错误
4.1 对NULL指针的解引用操作
void test() { int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4); *p = 20;//如果p的值是NULL,就会有问题 free(p); }
看这个代码,这个动态内存开辟的空间没有判断p是不是空指针,有可能内存开辟失败返回空指针,若对空指针解引用,就会非法访问出错。
4.2 对动态开辟空间的越界访问
void test() { int i = 0; int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int)); if(NULL == p) { exit(EXIT_FAILURE); } for(i=0; i<=10; i++) { *(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问 } free(p); }
仔细看这个i,当它等于10时,已经不算动态内存的开辟访问的空间范围内,是越界访问,
4.3 对非动态开辟内存使用free释放
void test() { int a = 10; int *p = &a; free(p);//ok? }
这个free只能对动态内存的空间释放,注意这一点
4.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
void test() { int *p = (int *)malloc(100); p++; free(p);//p不再指向动态内存的起始位置 }
这个p指针发生改变,不在指向动态内存的起始位置,释放时只释放p现在指向的位置空间,所以只释放一部分,另一部分没释放,造成内存泄漏
4.5 对同一块动态内存多次释放
void test() { int *p = (int *)malloc(100); free(p); free(p);//重复释放 }
一个动态内存的开辟只能释放一次,不能多次释放
4.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
void test() { int *p = (int *)malloc(100); if(NULL != p) { *p = 20; } } int main() { test(); while(1); }
这个test函数返回时,函数空间释放,所以找不到动态内存的的地址了,但动态内存空间还没释放,并且也释放不了,就成为内存泄露的问题
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。 切记:动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放。
5. 动态内存经典笔试题分析
5.1 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); }
当这个GetMemory函数返回时,函数空间释放,访问不到动态内存的空间了。但动态内存没释放,形成内存泄漏,由于形参是实参的临时拷贝,不影响str依旧是空指针,对空指针访问,程序崩溃
5.2 题目2:
char *GetMemory(void) { char p[] = “hello world”; return p; } void Test(void) { char *str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); }
首先注意这个GetMemory函数里是栈空间的变量数组,随着函数的释放,这个变量的空间也会释放,你虽然返回了数组首元素的地址,但是这个空间已经交还给系统,无权访问了,是野指针,所以我不确定到底能不能再次访问到这个数组,有可能还没有被系统把这个空间覆盖成其他内容,有可能访问到
5.3 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); }
这个是传str地址过去,是传址调用,那就用二级指针的形参接收,对二级指针解引用,将动态内存的首地址通过传址调用,让str接收到,所以此刻虽函数空间释放了,但我的动态内存的首地址拿到了,所以此刻这个str不是空指针了,可以strcpy,但可惜这个代码最终忘记释放str了,只有这一个小问题
5.4 题目4:
void Test(void) { char *str = (char *) malloc(100); strcpy(str, “hello”); free(str); if(str != NULL) { strcpy(str, “world”); printf(str); } }
提早释放动态内存,但是只是对这个动态内存的空间没有访问的权限了,地址还是在的,通过strcpy,访问了动态内存的空间,这就是非法访问了,也就是说在没释放前,hello被拷贝过去,释放后,world无法拷贝过去
6. 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:
struct st_type { int i; int a[0];//柔性数组成员 };
有些编译器会报错无法编译可以改成:
struct st_type { int i; int a[];//柔性数组成员 };
6.1 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。
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; }
6.2 柔性数组的使用
//代码1 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> 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。
6.3 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)
结束语
动态内存的存储算是总结完了,动态内存我个人感觉也算是比较难,有点绕,可以多来回看看这篇博客,有什么问题跟我讨论,下一篇博客见
OK感谢观看!!!
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