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2025年动态内存管理

科技前沿 • • 阅读 43

动态内存管理目录 为什么会有动态内存管理呢 动态内存函数 malloc 和 free 如何搭配使用呢 calloc malloc 与 calloc 的区别 realloc 常见的动态内存错误 对 NULL 指针的解引用操作 对动态开辟空间的越界访问 使用 free 释放一块动态开辟内存的一部分 对同一块动态内存多次释放

大家好，我是讯享网，很高兴认识大家。

目录

为什么会有动态内存管理呢？

动态内存函数

malloc和free

如何搭配使用呢？

calloc

malloc与calloc的区别

realloc

 常见的动态内存错误

对NULL指针的解引用操作

对动态开辟空间的越界访问

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

对同一块动态内存多次释放

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

对非动态开辟内存使用free释放

总结

经典笔试题

C/C++程序的内存开辟​

柔性数组

柔性数组的特点

柔性数组的使用 

为什么会有动态内存管理呢？

先看一看我们之前定义的变量

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节 char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

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我们定义的局部变量是在栈上开辟的，什么是栈？

这就会引出程序地址空间的那张图啦；


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有堆区还有栈区，我们以前定义的局部变量都是在栈上开辟的，而我们今天讲的是动态内存分配都是在堆区上。既然讲到为啥会有动态内存分配，那肯定在栈区上不能够满足动态内存分配。

而我们如果想要扩大内存空间，不浪费内存空间，想要开辟多少就给你开辟多少，这样就足够的灵活。

在c与指针这本书中

给了一个统计学生数据的例子，因为当你使用一块空间时，你并不知道到底给他开辟多少空间，当元素较少的时候就会出现大量空间的浪费，当你元素太多了，空间装不下了，你开辟的内存空间又不够大，所以就有了动态内存分配，他就会合理的给你开辟空间，你想要多少就给你开辟多少，这就做到了不让大量空间浪费的情况，但是他也有缺点，就是我们自己开辟多少空间，需要我们自己释放，并且防止我们释放的空间，在下一次给别人使用（释放了的空间自己就不能使用），我们就需要手动将原来的指针指向那块地址，将这个指针置为空指针，这样就避免了所指向的空间被释放也就是我们常说的野指针问题当然这个我们后面还会仔细的讲解。 

  • 总结：

为啥会出现动态内存分配？

第一是因为动态内存可以给我们开辟合理的内存空间，当开辟内存空间不够大，就可以适当的扩大内存空间，避免其浪费空间的问题。

第二，动态内存分配更加的灵活。

第三，要注意的是动态内存是开辟在堆区上的与栈区不同，在栈区上是出了函数就自动销毁，而动态内存需要我们自己释放内存空间。

动态内存函数

malloc和free

 malloc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。

  • 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
  • 如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。
  • 返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。
  • 如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。
     

但是要注意的是：

  •  这也就是要告诉我们，我们在使用malloc函数的时候，如果需要初始化，就需要自己手动初始化，当使用完malloc时记得free释放。

 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

说白了就是与malloc搭配使用，来释放动态开辟的内存。

如何搭配使用呢？

讯享网int main() { int* ps = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//开辟10个整形大小也就是40个字节，注意不是40个整形 if (ps == NULL)//使用malloc一定验证是否为空指针 { perror("main");//打印错误信息 return 1;//如果是空指针赶紧跳出去 } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *(ps + i) = i;//访问10个元素 (0-9) } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", ps[i]); } //使用完一定要释放 free(ps); ps = NULL;//释放完一定要将它置为空指针，防止变成野指针，非法访问内存 return 0; }

calloc

  •  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。

  •  使用calloc
 int main() { int* ps = (int*)calloc(10,sizeof(int));//10是指10个整形，后面是指一个整形的大小 if (ps == NULL)//使用malloc一定验证是否为空指针 { perror("main");//打印错误信息 return 1;//如果是空指针赶紧跳出去 } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", ps[i]);//会全部初始化为0 } //使用完一定要释放 free(ps); ps = NULL;//释放完一定要将它置为空指针，防止变成野指针，非法访问内存 return 0; }

malloc与calloc的区别

区别一：传参不一样，malloc字节传需要开辟的大小（比如我们开辟10个整形，一般会写成10*sizeof(int)这样我们一眼就看出是开辟10个整形空间大小）。

区别二：malloc不做初始化，需要手动初始化，calloc会将元素初始化为0

realloc

  •  realloc：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，那为了合理的时候内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整
讯享网void* realloc (void* ptr, size_t size);
  • ptr 是要调整的内存地址
  • size 调整之后新大小
  • 返回值为调整之后的内存起始位置。
  • 这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间

尤其注意的是realloc在内存中有两种特殊情况：

原有空间之后有足够大的空间：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。

 
原有空间之后没有足够大的空间：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。

 再次总结

原有空间之后有足够大的空间：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。

原有空间之后没有足够大的空间：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。

使用realloc

 int main() { int* ps = (int*)malloc(10*sizeof(int));//开辟10个整形大小也就是40个字节，注意不是40个整形 if (ps == NULL)//使用malloc一定验证是否为空指针 { perror("main");//打印错误信息 return 1;//如果是空指针赶紧跳出去 } //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 1; i++) { *(ps + i) = i; } for (i = 0; i < 1; i++) { printf("%d ", ps[i]); } //扩大内存 int* ptr = (int*)realloc(ps, 20 * sizeof(int));//一定用新指针接收，防止为空指针情况 if (ptr != NULL)//判断如果不为空指针再把新指针赋给就指针然后释放旧指针 { ps = ptr; } //使用完一定要释放 free(ps); ps = NULL;//释放完一定要将它置为空指针，防止变成野指针，非法访问内存 return 0; }

还有一点如果realloc传的是空指针开辟大小（realloc（NULL,sizeof(int）*10）;就跟malloc效果一样了。这个效果不是在原来的指针开辟，而是在内存块上开辟了一块新的空间跟malloc就一样了。

 常见的动态内存错误

对NULL指针的解引用操作

讯享网void test() { int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4); *p = 20; free(p); }

这样会有什么错误呢？这里INT_MAX是特别大的数字，如果开辟这么大的动态内存malloc就会返回一个空指针，导致解引用NULL，非法访问内存。程序就会崩溃。

对动态开辟空间的越界访问

int main() { int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10); if (p == NULL) { perror("main"); 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]); } free(p); p = NULL; return 0; }

 由于只开辟了10个内存空间，但是它访问了第11个元素属于越界访问。程序就会崩溃。

使用free释放一块动态开辟内存的一部分

讯享网 void test() { int* p = (int*)malloc(100); p++; free(p);//p不再指向动态内存的起始位置 }

这里因为malloc最终要返回起始的地址，而这里p指针不在指向动态内存的起始位置。

这里free会中途释放也就是不在起始位置释放了动态内存。

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 }

开辟的动态内存不能多次释放，如果怕忘记多次free，就free之后将指针置为NULL，free(NULL)什么事情都不会发生。

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

讯享网void test() { int* p = (int*)malloc(100); if (NULL != p) { *p = 20; } } int main() { test(); while (1); }

这里开辟了动态内存，但是最后没有释放，最后就会导致内存泄露问题；

对非动态开辟内存使用free释放

void test() { int a = 10; int* p = &a; free(p); }

由于局部变量是在栈上开辟的，而动态内存是在堆区上开辟的，free是释放动态内存的空间，不能释放非动态开辟的内存

总结

  1. 常见动态内存错误
  2. 对空指针解引用
  3. 对动态开辟内存空间越界访问
  4. 对非动态内存使用free释放
  5. 使用free释放一块动态内存的一部分
  6. 对同一块内存重复释放多次
  7. 动态开辟内存忘记释放导致内存泄漏

经典笔试题

  • 第一题
讯享网void GetMemory(char* p) { p = (char*)malloc(100); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(str); strcpy(str, "hello world"); printf(str); }

这里首先调用test函数，然后将str指针赋值为空指针，然后在调用GetMrmory函数，将str的值空指针传参，一级指针接收相当于值传递，这里的p相当于str的一份临时拷贝，然后开辟了动态内存，p指向动态内存的首地址，出了GetMemory函数，p销毁，但动态内存没有释放，导致内存泄漏，接着str传参相当于值传递，出了函数销毁，所以str仍然还是空指针，执行strcpy，将hello，world赋值给空指针，就会发生错误。

str传给Getmomory函数是值传递，所以Getmemory函数的形参p是str的一份临时拷贝，所以在getmemory内部动态申请内存的地址存放在p变量中，不会影响外边str，所以返回之后依然是空指针，strcpy会发生错误

当getmemory函数返回，形参p销毁，使得动态申请的100个字节内存空间存在内存泄漏，无法释放。

如何修改上面的呢？

char* GetMemory(char* p) { p = (char*)malloc(100); return p; } void Test(void) { char* str = NULL; str =GetMemory(str); strcpy(str, "hello world"); printf(str); free(str); str = NULL; }

我们可以将p的地址返回来然后用str来接收，这就相当与str接收了动态内存开辟的空间的起始地址，有的人会说这不会销毁么？答案是malloc开辟的空间是在堆区开辟的，正有程序结束或者free释放在会被销毁，还有的人说为啥上个例子就销毁了呢那个不也是在堆区开辟的么？这是因为p是一个局部变量它存放了动态内存开辟的地址，局部变量是出了代码块就销毁的。（return p注意这里是返回的是局部变量不是局部变量的地址这一点要非常清楚），还记得我们讲的不能返回局部变量的地址因为会出现野指针问题，但是可以返回局部变量。

当然还有一种修改方法

讯享网void GetMemory(char p) { *p = (char*)malloc(100); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str); strcpy(str, "hello world"); free(str); str=NULL; printf(str); }

第二种方法可以传str的地址，传一级指针的地址，二级指针接收，然后p存放着动态开辟的100个字节空间的起始地址，在解引用就找到p找到这块空间，这里的p就相当于str，所以str就找到这块空间，在把hello，world拷贝到这块动态开辟的空间，最后在释放空间，将str这个指针置为空指针就OK了。

  • 第二题
char* GetMemory(void) { char p[] = "hello world"; return p; } void Test(void) { char* str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); }

将空指针赋给str，然后调用getmemory函数，这里p是一个字符数组，p指向字符串的首地址，这里将p返回去，相当于返回局部变量的地址，也就是野指针问题。

  • 第三题
讯享网void GetMemory(char p, int num) { *p = (char*)malloc(num); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str, 100); strcpy(str, "hello"); printf(str); }

这个题与第一个题相似，这里还是将空指针赋值给str，然后将str的地址传参，将100传参，二级指针接收p的地址，num接收100，这里p指向动态开辟100个字节空间的起始地址，然后一解引用找到这块动态开辟的空间，也相当于str找到这块空间，前面都没有问题，但是最后忘记释放动态开辟的空间然后将它置为空指针。

正确改法

void GetMemory(char p, int num) { *p = (char*)malloc(num); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str, 100); strcpy(str, "hello"); printf(str); free(str); str = NULL; }
  • 第四题
讯享网void Test(void) { char* str = (char*)malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); if (str != NULL) { strcpy(str, "world"); printf(str); } }

这个题一是提前释放动态开辟的空间，但这不是重点，如果释放了动态开辟的空间，在将它置为空指针，就没有什么问题，所以这题主要考察的是你只要释放了动态空间一定要将它置为空指针。

好了是不对动态内存管理有了更清楚的认识

我们再来探讨为啥释放了动态开辟的空间一定要将它置为空指针。

我们这里举个例子，加入一个男孩与一个女孩两个人感情刚开始很好，但是有一天他两分手了，但是那个男孩还记得那个女孩天天打扰人家，给他打电话，发信息这也就是对应着我们没有将它置为空指针的情况，那如何不让男孩打扰女孩呢，那就是让男孩失忆或者忘记这段感情，这也就是对应着我们将它置为空指针。

回到正题

如果我们有一天释放了动态内存开辟的空间没有置为空指针，那个指针依然记得块动态内存开辟空间的地址，如果那个指针以后再次访问那块空间就相当于非法访问内存，如果给它置为空指针他就不会记得那个位置的起始地址也就不会有问题。所以malloc，calloc开辟空间一定要释放空间，释放完空间一定要记得将指针置为空指针。

malloc，calloc开辟空间一定要释放空间，释放完空间一定要记得将指针置为空指针！！！！

malloc，calloc开辟空间一定要释放空间，释放完空间一定要记得将指针置为空指针！！！！

malloc，calloc开辟空间一定要释放空间，释放完空间一定要记得将指针置为空指针！！！！

重要的事情说n遍

C/C++程序的内存开辟

  •  1. 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。
  • 2. 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。
  • 3. 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。
  • 4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码
  • 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

柔性数组

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。

typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性数组成员 }type_a;

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。
  • 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。

例如：

柔性数组的使用 

讯享网#include<stdio.h> struct S { int n; int arr[0];//柔性数组成员 }; int main() { struct S* ps = (struct S*)(malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int) * 10));//为数组开辟是10个字节 ps->n = 10;//n赋值为10 //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { ps->arr[i] = i; } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", ps->arr[i]); } //修改 struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, 20*sizeof(int)); if (ptr != NULL) { ps = ptr; } //释放 free(ps); ps = NULL;//一定手动释放 return 0; }

对比不是柔性数组会是怎样的呢？

#include<stdio.h> struct S { int n; int* arr; }; int main() { struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)); ps->n = 10; //申请arr动态内存空间 ps->arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10); //使用 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { ps->arr[i] = i; } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", ps->arr[i]); } //修改 int* ptr = (int*)realloc(ps->arr, sizeof(int) * 20); if (ptr != NULL) { ps->arr = ptr; } free(ps->arr); ps->arr = NULL; free(ps); ps = NULL; return 0; }

对比柔性数组，不使用柔性数组需要释放两次，开辟内存空间两次。

柔性数组的好处

  • 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）

小讯
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