动态内存管理
1.前言
目前来回顾一下想要在内存中开辟空间有哪些方法？
- 创建变量： int a = 0;//在栈上开辟了4字节的空间
- 创建数组： int arr[10] = { 0 };//在栈上开辟40字节的空间
但是这两种开辟方式都有两个特点：
- 开辟的内存空间大小是固定的。
- 数组在申明的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。
但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道， 那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。此时就只能试试动态内存开辟了
2.动态内存函数的介绍
2.1 [malloc函数](malloc - C++ Reference (cplusplus.com))和free函数
用于开辟内存的函数：
void* malloc(size_t size);
这个函数能申请一块连续的指定大小为 size字节大小的内存，同时返回指向该内存的指针。
- 假若内存开辟成功，则返回一个指向开辟好的内存的指针。
- 假如内存开辟失败，则返回NULL指针，所以在使用malloc函数的时候，一定要对函数的返回进行检查，不为NULL才能继续使用。
- 要注意函数的返回值是一个空指针，可以指向任何类型空间，所以在接收返回值时，需要将其转换成我们需要的类型，再进行接收。
- 假设给malloc函数的size参数传递的值为0，此时该函数的行为是未定义的，取决于编译器。
注意：malloc函数是在堆上开辟的空间，堆上的空间的释放只能通过两种方式：
- 等待程序运行结束自动释放。
- 使用free函数主动释放。
用于释放内存的函数：
void free(void* ptr);
free函数用于释放在堆上开辟的内存。
- 假如ptr所指向的空间不是动态开辟的，那么该行为是未定义的，极有可能报错。
- 假若ptr的值为NULL，那么此时free函数什么都不做。
malloc和free函数的声明都在 stdlib.h头文件中。
接下来看几个例子：
int main() { //代码1 int num = 0; scanf("%d", &num); int arr[num] = { 0 }; return 0; }
这里的代码是会报错的，因为数组的创建方括号里的值必须是常量。要特别注意。
再看一个例子：
int main() { //代码2 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; }
这里在释放了动态开辟的空间之后，是否要将指向该内存的指针变量置为空呢？这里一定是要置为空的，可以有效防止后面对该指针进行解引用操作等。这是一种较好的习惯。
看看下一段代码：
int main() { int* arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10); for (int i = 0; i<10; i++) { printf("%d\n", arr[i]); } printf("\n"); return 0; }
通过运行结果不难发现，malloc函数开辟的空间的值是随机值。经过malloc函数开辟的空间中的值都会是默认值。这里就可以使用接下来要介绍的calloc函数了。
2.2 calloc函数
用于动态开辟内存的函数：
void* calloc (size_t num, size_t size);
- 函数的功能是：为num个大小为size的元素开辟空间，并且可以将开辟出的每个字节都初始化为0。
- calloc函数与malloc函数的差别就是：malloc函数会在返回空间首地址之前将每个字节都初始化为0。
例子：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if(NULL != p) { //使用空间，这里忽略内容。 } free(p); p = NULL; return 0; }
2.3realloc函数
void* realloc (void* ptr, size_t size);
- realloc函数可以让动态内存管理更加灵活。
- size变量的值是重新调整之后的内存空间的大小。
- realloc函数的返回值是开辟的空间的起始地址。
- 这个函数在调整原来空间的基础上，会将原来内存中的数据移动到新空间中。
- realloc函数在对内存空间进行调整时，分为两种情况：
- 在原空间之后有足够的空间。
- 原有空间之后没有足够的空间。
情况1：当是第一种情况时，就会直接在原来的内存空间之后追加空间，原本内存空间中的值不发生变化，函数的返回值仍然是原来内存空间的起始地址。
情况2：由于realloca在内存中开辟的空间是连续的。所以就有可能存在在原来的空间之后没有足够的空间的情况。此时realloc函数就会在堆内存中寻找另一个合适的位置开辟空间，函数会返回新开辟的空间的起始地址，并且将原来内存中的数据拷贝进这零开辟的空间中，拷贝之后就会将原来的空间还给操作系统。
注意：当realloc开辟的空间较大时，就存在内存开辟失败的情况，此时realloc函数会返回一个空指针，所以在使用realloc函数时，一定要对其返回值是否为空进行检查。
3.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;//如果p的值是NULL，就会有问题 free(p); }
这段代码中并没有对返回值进行检查，假若返回值为NULL那么就会有问题的。
2.对动态开辟的空间越界访问。
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); }
这段代码中，当i的值为10时，就会出现越界访问的问题。
3.对非动态开辟的空间进行free释放操作
void test() { int a = 10; int *p = &a; free(p);//ok? }
注意：非动态开辟的空间是不能使用free函数进行释放的。
4.使用free释放动态内存开辟的空间的一部分
void test() { int *p = (int *)malloc(100); p++; free(p);//p不再指向动态内存的起始位置 }
注意：不能使用free函数释放动态开辟的空间的一部分，编译器会报错的，也无法成功。
5.对同一块动态开辟的空间进行多次释放操作
void test() { int *p = (int *)malloc(100); free(p); free(p);//重复释放 }
注意：当使用free函数对动态开辟的空间释放之后，要将该指针赋值为NULL，这样以后对该指针进行操作时，就会通过报错来提示我们。就比如这段代码，当第一次free之后，就对p指针赋值为空，那么下一次进行free操作时，就不会发生任何变化。
6.动态开辟的空间忘记释放（内存泄漏）
vvoid test() { int *p = (int *)malloc(100); if(NULL != p) { *p = 20; } } int main() { test(); while(1); }
注意：当动态开辟的空间我们不会再对其进行使用时，一定及时释放该内存空间，否则会造成内存泄漏的问题。虽然程序结束会自动释放动态开辟的内存，但是对于那些长期运行的服务器来讲，它们中的程序几乎一直都在运行，不会停止。那么内存泄漏就是一个致命的问题了。
