【前文】
目前我们掌握申请内存的方式有两种: int a=0;//直接开辟空间 int arr[10]={0};//连续开辟空间
上面两种开辟空间的方式存在一些问题:
- 栈空间开辟的空间大小是固定的
- 数组在声明时，必须指定数组的长度(一定确定大小不能被调整)
以上不能够灵活地处理内存问题，有时候是需要的空间大小在程序运行时才能知道，那么数组在编译时开辟空间的方式就不能得到满足。
对此，为了更灵活地使用空间，C语言标准库提供了程序员在堆上申请和释放空间的函数
【正文】
C语言标准库提供申请和释放动态内存空间的库函数，声明在stdlib.h头文件中。
提前说明：使用同类型指针进行接收的原因是为了确保程序能够正确地解释和操作分配的内存。如果类型不匹配，可能会导致数据处理错误、内存泄漏，甚至程序崩溃。
一、动态内存开辟函数
【温馨提示】:
以下三种动态内存开辟函数，都有可能会出现开辟失败的情况，对此返回值为空，通过判断指针是否为空，做出及时的处理。在OJ需要开辟空间时，一般不需要判断，一般不会开辟失败。
1.1 malloc
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int *p=(int *)malloc(10*sizeof(int)) if(p==NULL) { perror("malloc fail!!!") return 1; } free(p) p=NULL; return 0; }
【说明】:
- 向内存申请空间不完成初始化，返回指向这块空间的大小
- malloc是void*类型，当我们申请空间时候，需要知道申请空间交给什么类型去维护
- 如果参数size为0，malloc可能会报错(取决于编译器)
- 同时申请空间有时候不一定会成功。如果失败的话，将会返回一个空指针，比如申请的空间太大，就会申请失败，这一点使用的时候要去注意。
1.2 calloc
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int *p=(int *)calloc(10,sizeof(int)) if(p==NULL) { perror("calloc fail!!!") return 1; } free(p) p=NULL; return 0; }
【说明】:
- 向内存申请空间完成初始化为0，并且返回指向这块空间的指针
- 因为calloc是void*类型，当我们申请空间时候，需要知道申请空间交给什么类型去维护
- 同时申请空间有时候不一定会成功。如果失败的话，将会返回一个空指针，比如申请的空间太大，就会申请失败，这一点使用的时候要去注意。
1.3 malloc和calloc区别
- 都是向堆上申请空间
- 参数部分不同
- malloc申请空间没有初始化，calloc申请空间初始化为0
1.4 realloc（动态内存扩容）
int main() { int *p=(int *)malloc(10*sizeof(int)); if(p=NULL) { perror("malloc fail！！！"); return 0; } int *pe=(int *)realloc(p,20*sizeof(int)); if(pe=NULL) { perror("realloc fail！！！"); return 0; } p=pe; free(p) p=NULL; pe=NULL; return 0; }
【说明】：
- 申请扩展空间并返回指向扩展空间的地址
- 一般realloc函数的使用，是在开辟好空间的基础上进行进一步的扩容
- 如果第一个参数部分为空指针，那么realloc等价于malloc。同时需要注意是否开辟空间成功
【问题】:realloc需要扩容大小，是在malloc开辟空间大小的基础上追加，还是直接申请整个空间的大小
【回答】:直接申请整个空间的大小
1.4.1 关于realloc扩展空间的两种情况:
【情况一】：当内存空间足够的时候，直接在申请好的空间追加
【情况二】；当内存空间不够的时候，会在内存中寻找一块更大的空间存放，将目前的数据拷贝一份到新的空间位置中，再将原来的空间释放掉.
二、free(释放动态开辟内存)
【说明】:
- 释放动态内存空间
- 使用方法在上面都有体现
- free参数部分是空指针，则函数什么事都不做
- free非动态内存就会报错重复，行为是未定义的
- 重复释放同一块动态内存空间，会报错
【注意】:如果忘记去free指针指向空间，操作系统会自动的回收使用权，但是尽量能写就写，万一出现内存泄漏危险了。
三、动态内存的常见错误
- 对空指针的解引用操作
- 对动态开辟的空间越界访问
- 对非动态开辟的空间使用free释放
- 对free释放一块动态开辟空间的一部分（空间只能一整块还）
- 多次对一块动态内存空间使用free释放
- 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
四、柔性数组(flexible array)
在C99中，结构体最后一个成员为未知大小的数组，这个被称为柔性数组的成员，帮助用户根据要求自己给大小，更加轻松地处理可变长度的数据结构。
typedef struct st_type { int i; int nums[0]; }type_a; 有些编译器可能会编译失败，可以化成nums[] typedef struct st_type { int i; int nums[]; }type_a;
4.1 柔性数组的特点
- 结构体中至少有一个成员在柔性数组前面(如果顺序错了，也会报错)
- sizeof返回的这种结构大小是不包含柔性数组的内存，编译器在计算结构体大小时会忽略柔性数组成员
- 对包含柔性数组的结构体，申请空间的时候适度大于结构体的大小，以便于适应柔性数组的大小
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));//输出的是4 return 0; }
4.2 柔性数组的使用
【代码一】:
typedef struct st_type { int i; int *p_a; }type_a; int main() { int i = 0; type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int)); p->i = 100; for(i=0; i<100; i++) { p->a[i] = i; } free(p); return 0; }
【代码二】:
typedef struct st_type { int i; int *p_a; }type_a; int main() { type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a)); p->i = 100; p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int)); //业务处理 for(i=0; i<100; i++) { p->p_a[i] = i; } //释放空间 free(p->p_a); p->p_a = NULL; free(p); p= NULL; return 0; }
【说明】:
- 就是在一块空间内再开辟一块空间使用。
- 第一种和第二种都能实现相同的效果，但是第一种有两个好处
【第一个好处】:
- 如果里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给用户。当用户需要释放空间时候，并不知道这个结构体内成员也需要free。
- 如果结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好，返回一个结构体指针，用户只需要一次free就可以把所有的内存也给释放掉了。
【第二个好处】:连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片
五、C/C++中程序内存区域规划
内存分配的几个区域:
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(操作系统)回收。
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
