C語言中動態(tài)內(nèi)存管理實(shí)例分析

今天小編給大家分享一下C語言中動態(tài)內(nèi)存管理實(shí)例分析的相關(guān)知識點(diǎn)，內(nèi)容詳細(xì)，邏輯清晰，相信大部分人都還太了解這方面的知識，所以分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲，下面我們一起來了解一下吧。

1.動態(tài)內(nèi)存開辟的原因

常見的內(nèi)存開辟方式

int val = 20;//在?？臻g上開辟四個字節(jié)的空間

char arr[10] = {0};//在?？臻g上開辟10個字節(jié)的連續(xù)空間

上面開辟空間的方式有兩個特點(diǎn)：

1.空間開辟的大小是固定的；

2. 數(shù)組在聲明的時(shí)候，必須指定數(shù)組的長度，它所需要的空間在編譯時(shí)分配；

但是對于空間的需求，不只是上面的情況，有時(shí)候需要的空間大小在程序運(yùn)行的時(shí)候才能得知，這時(shí)候數(shù)組的編譯時(shí)開辟空間的方式就不能滿足了。

所以需要動態(tài)開辟內(nèi)存

2.動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹

動態(tài)內(nèi)存的開辟都是在內(nèi)存的堆區(qū)中進(jìn)行開辟的

2.1malloc和free

C語言提供了一個動態(tài)開辟內(nèi)存的函數(shù)：

void* malloc(size_t size);

malloc函數(shù)向內(nèi)存申請一塊連續(xù)可用的空間，并返回指向這塊空間起始位置的指針。

1.如果開辟成功，則返回一個指向開辟好的空間的指針；

2.如果開辟失敗，則返回一個NULL指針，因此malloc的返回值一定要做檢查，不然可能會造成野指針的問題；

3.返回值的類型時(shí)void*，所以malloc函數(shù)并不知道開辟空間的類型，具體在使用的時(shí)候由使用者自己來決定返回值的類型；

4.如果參數(shù)size為0，此時(shí)malloc函數(shù)的行為是標(biāo)準(zhǔn)未定義的，取決于程序運(yùn)行時(shí)使用的編譯器；

malloc的使用：

vint main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);//向內(nèi)存申請一塊40字節(jié)的空間，并對放回的指針類型轉(zhuǎn)換
	if (p == NULL)//返回NULL指針時(shí)讓打印錯誤信息并讓程序結(jié)束
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	return 0;
}

要記得包含頭文件<stdlib.h>

這樣就對開辟的內(nèi)存空間進(jìn)行了一個使用了，但是還有點(diǎn)問題，因?yàn)橄騼?nèi)存申請的空間沒有進(jìn)行釋放。

所以這時(shí)就引入了另一個函數(shù)free

C語言提供了另一個函數(shù)free，專門用來做動態(tài)內(nèi)存的釋放和回收的

void free(void* ptr);

free函數(shù)用來釋放動態(tài)開辟的內(nèi)存

1.如果參數(shù)ptr指向的空間是不是動態(tài)開辟的，那么free函數(shù)的行為是未定義的；

2.如果參數(shù) ptr是NULL指針，則free函數(shù)什么事也不做；

malloc和free函數(shù)都聲明在stdlib.h頭文件中

free的使用：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);//向內(nèi)存申請一塊40字節(jié)的空間，并對放回的指針類型轉(zhuǎn)換
	if (p == NULL)//返回NULL指針時(shí)讓打印錯誤信息并讓程序結(jié)束
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	free(p);//釋放p所指向的動態(tài)內(nèi)存
	p == NULL;//將p的值置為NULL
	return 0;
}

free的參數(shù)一定是動態(tài)開辟內(nèi)存空間的那個起始位置的地址，否則會報(bào)錯

在用free釋放完動態(tài)開辟的內(nèi)存之后，要對之前指向動態(tài)開辟空間的那個指針置為NULL，因?yàn)槟菈K動態(tài)開辟的空間已經(jīng)被操作系統(tǒng)回收了，沒有了訪問的權(quán)限，所以要讓p的值為NULL，避免野指針的問題。

如果對動態(tài)內(nèi)存開辟的空間沒有釋放掉，會出現(xiàn)一個內(nèi)存泄漏的問題。

2.2calloc

C語言還提供了一個calloc函數(shù)，calloc也是用來進(jìn)行動態(tài)內(nèi)存的分配

void* calloc(size_t num, size_t size);

 1.calloc的功能是為num個字節(jié)大小為size的元素開辟一個空間，并且把空間的每個字節(jié)的數(shù)據(jù)都初始化為0，然后返回這塊連續(xù)空間的起始位置的地址；

2.與malloc函數(shù)的區(qū)別只在于，calloc在返回地址之前會把申請的空間的每個字節(jié)的數(shù)據(jù)都初始化為全0；

calloc的使用：

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, 4);
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

內(nèi)存情況：

 可以看到，動態(tài)開辟的40個字節(jié)的空間都被初始化為全0

所以如果要對動態(tài)開辟的空間進(jìn)行初始化，可以直接使用calloc函數(shù)來完成

2.3realloc

有時(shí)會發(fā)現(xiàn)申請的空間太大或者太小了，為了合理的使用內(nèi)存，一定會對內(nèi)存的大小做一個靈活的調(diào)整，那么realloc函數(shù)就可以做到對動態(tài)開辟內(nèi)存大小的調(diào)整

realloc函數(shù)的出現(xiàn)讓動態(tài)內(nèi)存管理更加靈活

void* realloc (void* ptr, size_t size); 

1.ptr是要調(diào)整的內(nèi)存空間；

2.size是調(diào)整之后的新大小；

3.返回值為調(diào)整之后的內(nèi)存起始位置；

4.realloc函數(shù)在調(diào)整原內(nèi)存空間大小的基礎(chǔ)上，還會將原來內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動到新的空間；

realloc函數(shù)在調(diào)整內(nèi)存空間時(shí)存在兩種情況：

情況1：要調(diào)整的空間之后有足夠的空間來存放調(diào)整之后的大小

情況2：要調(diào)整的空間之后沒有足夠大的空間

如果是情況1，那么就在原有的內(nèi)存之后追加新的空間，原來空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化。

如果是情況2，原有空間之后沒有足夠多的空間，此時(shí)就會在堆空間上另找一個合適大小的連續(xù)空間來使用，這樣函數(shù)返回的是一個新的內(nèi)存地址 

 并且realloc函數(shù)還會將原空間的數(shù)據(jù)移動到新的空間。

如果realloc函數(shù)在堆區(qū)中都找不到一塊合適的空間，則會返回NULL指針。        

realloc的使用：

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, 4);
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	p = realloc(p, 1000);
	if (p == NULL)
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

其次，realloc函數(shù)還能使原有空間變?。?/p>

使用：

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, 4);
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	p = realloc(p, 20);
	if (p == NULL)
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

內(nèi)存情況：

3.常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤

3.1對NULL指針的解引用操作

 這里編譯器直接把對NULL指針的解引用操作給取消掉了，如果在其他的編譯器下運(yùn)行，可能會出現(xiàn)問題，所以一定要對動態(tài)開辟內(nèi)存函數(shù)的返回值進(jìn)行一個NULL指針的判斷。

3.2對動態(tài)開辟空間的越界訪問

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

其中*(p + 10) = 10;時(shí)對動態(tài)開辟的空間進(jìn)行了一個越界訪問了，編譯器直接報(bào)錯

3.3對非動態(tài)開辟內(nèi)存使用free

對棧區(qū)上的空間使用free：

int main()
{
	int a = 0;
	free(&a);
	return 0;
}

此時(shí)編譯器也會給出一個錯誤 

3.4使用釋放一塊動態(tài)開辟內(nèi)存的一部分

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	p++;
	free(p);
	return 0;
}

此時(shí)p沒有指向動態(tài)開辟內(nèi)存的起始位置

編譯器同樣給出了一個錯誤

3.5對同一塊動態(tài)內(nèi)存多次釋放

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	free(p);
	free(p);
	return 0;
}

 p已經(jīng)釋放過了

3.6動態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放（內(nèi)存泄漏）

在向內(nèi)存申請了一塊空間之后沒有對其進(jìn)行釋放會造成內(nèi)存泄漏的問題

會迅速吃滿你的內(nèi)存

int main()
{
	while (1)
	{
		malloc(40);
	}
	return 0;
}

 如圖：

如果程序在沒有結(jié)束之前申請的內(nèi)存都沒有進(jìn)行釋放的話，就會出現(xiàn)內(nèi)存泄漏的問題。所以在申請好一塊內(nèi)存之后要記得對其進(jìn)行釋放。

總結(jié)：

忘記釋放不再使用的動態(tài)內(nèi)存開辟的空間就會造成內(nèi)存泄漏的問題，而且動態(tài)開辟的空間要正確釋放。

4.練習(xí)

4.1練習(xí)1

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

請問運(yùn)行Test 函數(shù)會有什么樣的結(jié)果？

先創(chuàng)建了一個字符指針變量賦值為NULL，然后調(diào)用函數(shù)GerMemory，調(diào)用函數(shù)時(shí)形參只是一份對實(shí)參的臨時(shí)拷貝，函數(shù)調(diào)用時(shí)，申請了一塊動態(tài)開辟內(nèi)存，但是并沒有返回p，p在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后銷毀了，所以此時(shí)str指向的還是NULL，strcpy使用時(shí)對NULL指針進(jìn)行了解引用，造成了非法訪問，野指針的問題，也造成了動態(tài)內(nèi)存錯誤

4.1練習(xí)2

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

請問運(yùn)行Test 函數(shù)會有什么樣的結(jié)果？

調(diào)用GetMemory函數(shù)時(shí)在棧區(qū)開辟了一塊數(shù)組的空間，而在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后數(shù)組開辟的空間已經(jīng)被回收了，str接收了p的值，而p所指向的空間已經(jīng)被回收了，所以p所指向的值也會發(fā)生變化，所以此時(shí)printf(str);打印的會是未知的結(jié)果

4.3練習(xí)3

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

請問運(yùn)行Test 函數(shù)會有什么樣的結(jié)果？

 Getmemory函數(shù)時(shí)傳址調(diào)用，將申請的動態(tài)開辟內(nèi)存空間的起始位置地址給了str，所以能夠正常訪問開辟的內(nèi)存。不過沒有進(jìn)行free會造成內(nèi)存泄漏的問題。

4.4練習(xí)4

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

請問運(yùn)行Test 函數(shù)會有什么樣的結(jié)果？

此時(shí)已經(jīng)str所指向的動態(tài)內(nèi)存空間已經(jīng)釋放掉了，會造成非法訪問。

5.C/C++程序的內(nèi)存開辟

C/C++程序內(nèi)存分配的幾個區(qū)域：

1.棧區(qū)：在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)結(jié)束時(shí)這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。棧區(qū)主要存放運(yùn)行函數(shù)而存放的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回?cái)?shù)據(jù)、返回地址等。

2.堆區(qū)：一般有程序員分配，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收，分配方式類似于鏈表。

3.數(shù)據(jù)段（靜態(tài)區(qū)）：存放全局變量，靜態(tài)數(shù)據(jù)，程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

4.代碼段：存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼

實(shí)際上普通的局部變量是在棧區(qū)分配空間的，棧區(qū)的特點(diǎn)是在上面創(chuàng)建的變量出了作用域就銷毀，但是被static修飾的變量存放在數(shù)據(jù)段，數(shù)據(jù)段的特點(diǎn)是，在上面創(chuàng)建的變量，直到程序結(jié)束才銷毀，所以static修飾的變量生命周期變長了。

以上就是“C語言中動態(tài)內(nèi)存管理實(shí)例分析”這篇文章的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！相信大家閱讀完這篇文章都有很大的收獲，小編每天都會為大家更新不同的知識，如果還想學(xué)習(xí)更多的知識，請關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。