C语言的动态内存管理

目录

一、malloc函数

 二、free函数

三、calloc函数

四、realloc函数

五、realloc函数原地扩容和异地扩容测试

 六、动态内存管理的注意事项

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一、malloc函数

1.头文件：stdlib.h（malloc.h）

2.函数原型：void * malloc(size_t size)

3.函数作用：按字节申请空间，申请成功返回申请空间的起始地址，申请失败返回NULL

4.测试代码：申请一块存放10个整型数据的空间（malloc返回值类型是void*，因此需要强转为所需类型）

int* a = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
if (a == NULL)
{
	perror("malloc fail");
    exit(-1);
}

如果申请空间为4 * INT_MAX则可能会申请失败，因为没有足够大的空间

int* a = (int*)malloc(sizeof(int) * INT_MAX * 4);
if (a == NULL)
{
	perror("malloc fail");
	exit(-1);
}

 二、free函数

1.头文件：stdlib.h

2.函数原型：void free(void * ptr)

3.函数作用：用于释放ptr指针指向的内存空间，该内存空间是由malloc、calloc、realloc函数在堆区申请的。

什么叫做释放内存空间？释放内存空间并不是清除内存空间的数据，而是将指向该内存空间的指针从内存管理系统的链表中删除，以便可以重新分配给其他内存空间使用（也就是将该内存空间的使用权还给操作系统）。指向该内存空间的指针就是malloc等函数的返回值，通常我们会将该指针赋值给一个新的指针变量，以便使用。

当内存空间被释放掉后，需要将用于接收申请得到的内存空间的地址的指针变量置为空，因为其所指向的内存空间使用权已经还给了操作系统，并且操作系统可能还将该内存空间分配给了其他程序，如果仍然使用该指针变量去操作那块内存空间，就可能会意外修改其他程序的数据。

4.测试代码：

下列代码使用malloc函数申请了4字节空间，并将该内存空间的指针赋值给指针变量a，用该内存空存放整型数据 1。最后将malloc申请的内存空间释放掉，并将指针变量a置为空。

int* a = (int*)malloc(sizeof(int));
if (a == NULL)
{
	perror("malloc fail");
	exit(-1);
}
 
*a = 1;
printf("%d\n", *a);
 
free(a);
a = NULL;

三、calloc函数

1.头文件：stdlib.h

2.函数原型：void * calloc(size_t num, size_t size)

3.函数作用：按字节申请空间，申请num个内存空间，每个内存空间占size个字节。申请成功返回申请空间的起始地址，申请失败返回NULL

calloc与malloc除了函数参数不同，calloc函数还会将申请得到的内存空间初始化为0

4.测试代码：

下列代码使用calloc函数申请了一块40个字节的内存空间，并将该空间初始化为0。

最后释放该内存空间，并将接收该内存空间地址的指针变量a置空

int* a = (int*)calloc(10, 4);
if (a == NULL)
{
    perror("calloc fail");
    exit(-1);
}
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    //a[i] = i;
    printf("%d ", a[i]);
}
 
free(a);
a = NULL;

四、realloc函数

1.头文件：stdlib.h

2.函数原型：void * realloc(void *ptr, size_t size)

3.函数作用：按字节扩容原有内存空间，ptr是原有申请空间，将该空间扩容到size字节大小，扩容成功返回扩容后空间的起始地址，扩容失败返回NULL

realloc如何扩容？

原地扩容：原内存空间后面的空间足够扩容，直接在原空间后追加扩容，返回原空间的起始地址

异地扩容：原内存空间后面的空间不够，重新找一块足够大的空间，将原空间的数据拷贝到新空间中，返回新空间的起始地址并将原空间释放掉

使用realloc函数扩容时，不能用原内存空间地址去接收，因为一旦扩容失败就会返回NULL，那么原内存空间的地址就会丢失。因此需要使用一个新的指针变量去接收，如果扩容成功再讲该指针变量赋值给接收原空间地址的指针变量。

4.测试代码：

下列代码先用calloc函数申请了一块40字节大小的内存空间，然后用realloc函数将原空间扩容到80字节。最后将内存空间释放掉，并将接收该内存空间地址的指针变量a置空

int* a = (int*)calloc(10, 4);
if (a == NULL)
{
    perror("calloc fail");
    exit(-1);
}
 
int* ptr = (int*)realloc(a, 80);
if (ptr != NULL)
{
    a = ptr;
}
else
{
    perror("realloc fail");
    exit(-1);
}
 
free(a);
a = NULL;

五、realloc函数原地扩容和异地扩容测试

1.原地扩容

观察监视窗口，还未进行扩容时，原内存空间的地址是0x000002881c1e9bc0

扩容后，新内存空间的地址仍然是0x000002881c1e9bc0，说明是原地扩容

2.异地扩容

 观察监视窗口，还未进行扩容时，原内存空间的地址是0x000001a8bcec9bc0

 观察监视窗口，扩容后，新地址空间是0x000001a8bd00e070，原空间与新空间的地址不一样，说明是异地扩容

 六、动态内存管理的注意事项

1.不做空间申请成功与否的判断，直接使用，会对进行NULL解引用

2.对非动态内存开辟的空间进行free释放

3.部分释放动态内存开辟的空间 

4.对同一块内存空间重复释放

 

如果释放完一次后先将a置为空，再释放就不会报错 

5.内存泄漏

对动态内存开辟的空间不释放且程序一直运行不退出，就会造成内存泄漏

例如下列代码中，main函数中一直调用test函数，而test函数中动态开辟的内存空间没有释放，main函数不停的调用test函数，程序又不会终止，因此该程序是在不停进行动态开辟内存空间但是不释放，这就是内存泄漏。