1.动态内存函数的介绍
1.1 malloc和free
以上两个函数都在头文件：stdlib.h
C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
void* malloc (size_t size);
功能：
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。
成功时，指向函数分配的内存块的指针。
此指针的类型始终为 ，可以强制转换为所需类型的数据指针，以便可取消引用。
如果函数无法分配请求的内存块，则返回空指针。void*
详情见以下：https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/malloc/?kw=malloc
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);
功能：
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。
详情如下：https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/free/?kw=free
以下通过代码进行相应的了解：
#include<stdio.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <string.h> int main() { //int arr[10];//向内存申请了40个字节 int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int)); int* ptr = p; if (p == NULL) { printf("%s\n", strerror(errno)); return 1; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *ptr = i; ptr++; } //释放 free(p); p = NULL; ptr = NULL; return 0; }
1.2 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);
功能：
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。
详情如下：https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/calloc/?kw=calloc
还是通过代码进行相应的了解：
int main() { int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (p == NULL) { perror("calloc"); return 1; } int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *(p + i) = i; } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
就相当于：
calloc = malloc+memset
注意：
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，如果不初始化就使用malloc函数来实现。
1.3 realloc
函数原型如下：
void* realloc (void* ptr, size_t size);
功能：
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，为了合理的时候内存，我们对内存的大小做灵活的调整。realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
详情如下：https://legacy.cplusplus.com/reference/cstdlib/realloc/?kw=realloc
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
当为这种情况的时候，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：原有空间之后没有足够大的空间
当为这种情况时 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。
通过代码进行演示：
int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) return 1; //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *(p + i) = i; } // for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } //增加空间 int* ptr = (int*)realloc(p, 80); //当realloc开辟失败的是，返回的是NULL if (ptr != NULL) { p = ptr; ptr = NULL; } //释放 free(p); p = NULL; return 0; }
2. 常见的动态内存错误
2.1 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); }
2.2 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); }
2.3 对非动态开辟内存使用free释放
void test() { int a = 10; int *p = &a; free(p); }
2.4 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 }
2.5 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 }
2.6 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); }
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏，动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放 。
3.C/C++程序的内存开辟
- 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。- 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。
- 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。
- 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
有了这幅图，我们就可以更好的理解在《C语言初识》中讲的static关键字修饰局部变量的例子了：
实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。 但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序结束才销毁所以生命周期变长
4. 柔性数组
概念：
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：
typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性数组成员 }type_a;
4.1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。
例如：
> `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)); return 0; }
输出结果为：
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
4.2 柔性数组的使用
struct s { int i; int a[0];//柔性数组成员 }; int main() { int i = 0; struct s* p = (struct s*)malloc(sizeof(struct s) + 4 * sizeof(int)); if (p == NULL) { return 1; } p->i = 4; for (i = 0; i < 4; i++) { scanf("%d", &(p->a[i])); } printf("%d\n", p->i); for (i = 0; i < 4; i++) { printf("%d ",p->a[i]); } //释放 free(p); return 0; }
这样柔性数组成员相当于获得了4个整型元素的连续空间。
4.3 柔性数组的优势
上述代码可以改写为如下代码：
struct S { int n; int* arr; }; int main() { struct S*ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)); if (ps == NULL) return 1; ps->n = 100; int* ptr = (int*)malloc(4 * sizeof(int)); if (ptr == NULL) { return 1; } else { ps->arr = ptr; } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 4; i++) { scanf("%d", &(ps->arr[i])); } //打印 printf("%d\n", ps->n); for (i = 0; i < 4; i++) { printf("%d ", ps->arr[i]); } //释放 free(ps->arr); ps->arr = NULL; free(ps); ps = NULL; return 0; }
上述代码可以完成同样的功能，但是第一种的实现有两个好处：
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）
最后给大家推荐一个扩展阅读：
https://coolshell.cn/articles/11377.html
大家有兴趣可以去阅读一下。
总结：
到此，关于动态内存管理的知识就到这里了，下期我会整理一些有关动态内存的一些经典笔试题给大家巩固学习！
