動態(tài)內(nèi)存管理

為什么存在動態(tài)內(nèi)存分配

我們到現(xiàn)在為止掌握的是什么樣的內(nèi)存開辟方式呢

//創(chuàng)建一個變量int val = 20;    //局部變量  在?？臻g中開辟4個字節(jié)int g_val = 10;  //全局變量  在靜態(tài)區(qū)中開辟4個字節(jié)//創(chuàng)建一個數(shù)組char arr[10] = {0}; //局部區(qū)域 在?？臻g中開辟10個字節(jié)連續(xù)的空間char g_arr[5] = {0};//全局區(qū)域 在靜態(tài)區(qū)空間中開辟5個字節(jié)的連續(xù)空間

但是上述的開辟空間的方式有兩個特點：

1. 空間開辟大小是固定的。
2. 數(shù)組在申明的時候，必須指定數(shù)組的長度，它所需要的內(nèi)存在編譯時分配。
   但是對于空間的需求，不僅僅是上述的情況。有時候我們需要的空間大小在程序運行的時候才能知道，那數(shù)組的編譯時開辟空間的方式就不能滿足了。 這時候就只能試試動態(tài)內(nèi)存開辟了。

c99是支持變長數(shù)組的，但現(xiàn)在很多編譯器就不支持c99，連vs都不支持，所以就有動態(tài)內(nèi)存的概念

動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹

malloc申請空間和free釋放空間

c語言提供了一個動態(tài)內(nèi)存開辟的函數(shù)

void* malloc(size_t size);

這個函數(shù)向內(nèi)存申請一塊連續(xù)可用的空間，并返回指向這塊空間的指針。

1.如果開辟成功，則返回一個指向開辟好空間的指針。

2.如果開辟失敗，則返回一個NULL指針，因此malloc的返回值一定要做檢查。

3.返回值的類型是 void ，所以malloc函數(shù)并不知道開辟空間的類型，具體在使用的時候使用者自己來決定。*

4.如果參數(shù) size 為0，malloc的行為是標準未定義的，取決于編譯器。

#include#include#include#includeint main(){	//向內(nèi)存申請10個整形的空間	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));	if (p == NULL)	{		//把開辟失敗的信息打印出來		printf("%s",strerror(errno));	}	else	{		//正常使用空間		int i = 0;		for (i = 0; i < 10; i++)		{			*(p + i) = i;//在找下標為i的元素		}		for (i = 0; i < 10; i++)//再把每個元素打印出來		{			printf("%d ", *(p + i));		}	}	return 0;}

那我們可不可以看開辟失敗的呢

我們可以用INT_MAX（他是整形最大），一個超級大的數(shù)字

有借有還 free釋放內(nèi)存

free函數(shù)用來釋放動態(tài)開辟的內(nèi)存。
1.如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動態(tài)開辟的，那free函數(shù)的行為是未定義的。
2.如果參數(shù) ptr 是NULL指針，則函數(shù)什么事都不做。

注意

malloc和free是成對使用的，誰開辟誰釋放

calloc申請內(nèi)存

在內(nèi)存中開辟一個數(shù)組，把元素都改成零

函數(shù)的功能是為 num 個大小為 size 的元素開辟一塊空間，并且把空間的每個字節(jié)初始化為0。

與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節(jié)初始化為全0

realloc調(diào)整動態(tài)內(nèi)存的大小

當然我們可以申請空間，但會不會遇到申請的空間不夠了，想要增加一些些，大了想要去掉一些些

realloc使用的注意事項

1.如果p指向的空間之后有足夠的內(nèi)存空間可以追加，則直接追加，后返回p

2.如果p指向的空間之后沒有足夠的內(nèi)存空間可以追加，則realloc函數(shù)會重新找一塊新的內(nèi)存區(qū)域，開辟一塊滿足需求的空間，并且把原來的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)拷貝回來，釋放舊的內(nèi)存空間，最后返回新開辟的內(nèi)存空間地址

3.但也有一個大問題，就是開辟INT_MAX，用新的變量ptr來接收realloc返回值

當然realloc也可以直接開辟空間

常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤

1.對NULL指針的解引用操作

#include#includeint main(){	int* p = (int*)malloc(40);//沒成功就會有大問題	int i = 0;	for (i = 0; i < 10; i++)	{		*(p + i) = i;	}	free(p);	p = NULL;	return 0;}

所以為了防止沒有開辟動態(tài)內(nèi)存成功就需要做個判斷

2.對動態(tài)開辟空間的越界訪問

#include#include#include#includeint main(){	int* p = (int*)malloc(5*sizeof(int));	if (p == NULL)//這里我的確判斷有沒有開辟成功了	{		printf("%s", strerror(errno));	}	else	{		int i = 0;		for (i = 0; i < 10; i++)//但是我這里訪問10個整型的空間		{			*(p + i) = i;		}	}		free(p);	p = NULL;	return 0;}

3.對非動態(tài)開辟內(nèi)存使用free釋放

int main(){	int a = 0;	int* p = &a;	*p = 20;	free(p);	p = NULL;	return 0;}

4.使用free釋放一塊動態(tài)內(nèi)存開辟的一部分

#include#include#include#includeint main(){	int* p = (int*)malloc(40);	if (p == NULL)	{		return 0;//如果是空指針就直接返回，不干了	}	int i = 0;	for (i = 0; i < 10; i++)	{		*p++ = i;//這個++就是bug的地方	}	//回收空間	free(p);	p = NULL;	return 0;}

只要p不是指向申請的空間的首地址，其他地方都是錯的

5.對同一塊動態(tài)內(nèi)存多次釋放

#include#include#include#includeint main(){	int* p = (int*)malloc(40);	if (p == NULL)	{		return 0;	}	//使用	//釋放	free(p);	//...	free(p);	return 0;}

6.動態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放(內(nèi)存泄漏)

#include#include#include#includeint main(){	while (1)	{		malloc(100);	}	return 0;}

幾個面試題

題目1

void GetMemory(char* p){	p = (char*)malloc(100);}void Test(void){	char* str = NULL;	GetMemory(str);	strcpy(str,"hello world");	printf(str);//這個寫法和printf("%s",str);是一樣的}int main(){	Test();	return 0;}

問運行Test函數(shù)會有什么樣的結(jié)果

修改正確

#include#include#include#includevoid GetMemory(char* *p){	*p = (char*)malloc(100);}void Test(void){	char* str = NULL;	GetMemory(&str);	strcpy(str,"hello world");		printf(str);//這個寫法和printf("%s",str);是一樣的	free(str);//用完就釋放	str = NULL;}int main(){	Test();	return 0;}

題目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;}

請問運行Test 函數(shù)會有什么樣的結(jié)果

輸出隨機值

修改正確

既然是p被銷毀了，那我們讓他不銷毀就可以了延長它的生命周期用static

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

題目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);}

這題基本和第一題一樣，不過這題就只有內(nèi)存泄漏的錯誤

修改正確

#include#includevoid GetMemory(char** p, int num){	*p = (char*)malloc(num);}void Test(void){	char* str = NULL;	GetMemory(&str, 100);	strcpy(str, "hello");	printf(str);	free(str);//用完就釋放，防止內(nèi)存泄漏	str = NULL;}int main(){	Test();	return 0;}

題目4

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

問題非常大的打印出結(jié)果

修改正確

#include#include#includevoid Test(void){	char* str = (char*)malloc(100);	strcpy(str, "hello");	free(str);//這里考查的是free釋放后并沒有使str為NULL，所以下面if判斷就沒有作用，如果使他有作用就讓str為NULL	str = NULL;	if (str != NULL)	{		strcpy(str, "world");		printf(str);	}}int main(){	Test();	return 0;}

這道題真正目的就是讓你什么都不打印

C/C++程序的內(nèi)存開辟

C/C++程序內(nèi)存分配的幾個區(qū)域：

1. 棧區(qū)（stack）：在執(zhí)行函數(shù)時，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。 棧區(qū)主要存放運行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回數(shù)據(jù)、返回地址等。
2. 堆區(qū)（heap）：一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結(jié)束時可能由OS回收 。分配方式類似于鏈表。
3. 數(shù)據(jù)段（靜態(tài)區(qū)）（static）存放全局變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。
4. 代碼段：存放函數(shù)體（類成員函數(shù)和全局函數(shù)）的二進制代碼。