C语言 超详细梳理总结动态内存管理
一.为什么存在动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟方式有：
int a = 10；//在栈空间开辟4个字节的连续空间
int b[20] = { 0 };//在栈空间开辟20个字节的连续空间
这种开辟空间的方式有以下特点：
1.开辟空间的大小是固定的
2.开辟数组时必须指定大小
初学数组时，我写过下面的错误代码。
int N;
scanf("%d",&N);
int a[N]={ 0 };
可N是变量，不能用于数组元素个数的初始化。
如果我们需要的空间大小在程序运行时才能知道，那就只能试试动态内存开辟了。
二.动态内存函数的介绍
1.malloc和free
void* malloc (size_t size);
void free (void* ptr);
malloc函数用于向内存申请一块连续可用的空间，并且返回指向这块空间的指针。
若开辟成功，返回指向这块空间的指针
若开辟失败，返回NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查
使用完malloc函数要用free释放申请的内存空间
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);//开辟40个字节的栈空间
if (p == NULL) //检查是否为空指针
{
perror("malloc");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i)=i;
}
free(p); //用完后释放空间，注意参数为首地址
p = NULL; //置为空指针
}
2.calloc
void* calloc (size_t num, size_t size)
calloc的两个参数分别为申请元素的个数和每个元素的大小，
使用和malloc差不多，但是申请的空间会被初始化为0，
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("calloc");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i)); //输出为 10个0
}
free(p);
p = NULL;
}
3.realloc
void* realloc (void* ptr, size_t size)
realloc用于重新设置要开辟内存空间的大小，可以是增大或减小
指针ptr是指向先前使用 malloc、calloc 或 realloc 分配的内存块的指针。
size 是新开辟内存空间的大小
若原空间后面未开辟的空间足够使用，则返回原先的起始地址
若原空间后面未开辟的空间不足以填满新开辟内存空间，
则会在某个地址开辟所需要的空间，free掉原空间的地址，
并且返回新的地址的起始地址
真 · 一条龙服务
若扩容失败，会返回空指针，因此也要检查是否是空指针
三.常见的动态内存错误
1.对NULL指针的解引用操作
void test()
{
int *p = (int*)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;
free(p);
}
若p为空指针，则程序错误。
解决方案：检查是否为空指针
2.对动态开辟空间的越界访问
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("calloc");
return 1;
}
for (int i = 0; i <= 10; i++) //当i为10时，形成越界访问，程序出错
{
printf("%d ", *(p + i));
}
free(p);
p = NULL;
}
使用这块空间时要注意是否已经越界访问
3.对非动态开辟的空间使用free释放
int a = 10; int* p = &a; free(p);
一执行，程序崩溃了
4.使用free释放一块动态开辟空间的一部分
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
p++;
free(p);
}
同样会崩溃
5.对同一块开辟的空间多次释放
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
free(p);
free(p);
}
没错，又又又崩溃了，就不上图了
6.动态内存开辟忘记释放（内存泄漏）
如果使用空间后不释放，会导致内存泄漏。
内存泄漏的堆积，这会最终消耗尽系统所有的内存。
四.几个经典的笔试题
第一个
void GetMemory(char* p) //对空指针解引用
{
p = (char*)malloc(100); //内存泄露
}
void test()
{
char* str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
int main()
{
test();
}
p是str的一份临时拷贝，指向malloc申请的起始地址，
出了函数之后，内存还给系统，str仍为空指针，strcpy把“hello world”放进空指针
第二个
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void test()
{
char* str = NULL;
str=GetMemory(); //野指针str
printf(str);
}
int main()
{
test();
}
定义字符串p，并返回p的地址
但是当出了这个函数，内存还给系统，没有使用权限
指针变为
第三个
void GetMemory(char** p,int num) //传址调用
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void test()
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str,100);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
//没有free
}
int main()
{
test();
}
打印hello world
没有释放空间
第四个
void GetMemory(char** p,int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void test()
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello world");
free(str); //还给你，我还要用,哼~
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "!!!");
printf(str);
}
}
int main()
{
test();
}
开辟100个字节的空间后，又把这块空间还给操作系统。
再次把“！！！”放进这块空间，非法修改
tips：动态内存管理是在堆区上进行的。
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