C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理原理及實(shí)現(xiàn)的方法是什么

這篇“C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理原理及實(shí)現(xiàn)的方法是什么”文章的知識(shí)點(diǎn)大部分人都不太理解，所以小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，內(nèi)容詳細(xì)，步驟清晰，具有一定的借鑒價(jià)值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來(lái)看看這篇“C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理原理及實(shí)現(xiàn)的方法是什么”文章吧。

1. 為什么存在動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

我們已經(jīng)掌握的內(nèi)存開(kāi)辟方式有：

int val = 20;//在棧空間上開(kāi)辟四個(gè)字節(jié)
char arr[10] = {0};//在?？臻g上開(kāi)辟10個(gè)字節(jié)的連續(xù)空間

但是上述的開(kāi)辟空間的方式有兩個(gè)特點(diǎn)：

空間開(kāi)辟大小是固定的。

數(shù)組在申明的時(shí)候，必須指定數(shù)組的長(zhǎng)度，它所需要的內(nèi)存在編譯時(shí)分配。

但是對(duì)于空間的需求，不僅僅是上述的情況。有時(shí)候我們需要的空間大小在程序運(yùn)行的時(shí)候才能知道，

那數(shù)組的編譯時(shí)開(kāi)辟空間的方式就不能滿(mǎn)足了。

這時(shí)候就只能試試動(dòng)態(tài)存開(kāi)辟了。

2. 動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹

2.1 malloc和free

C語(yǔ)言提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)存開(kāi)辟的函數(shù)：

void* malloc (size_t size);

這個(gè)函數(shù)向內(nèi)存申請(qǐng)一塊連續(xù)可用的空間，并返回指向這塊空間的指針。

• 如果開(kāi)辟成功，則返回一個(gè)指向開(kāi)辟好空間的指針。

• 如果開(kāi)辟失敗，則返回一個(gè)NULL指針，因此malloc的返回值一定要做檢查。

• 返回值的類(lèi)型是 void* ，所以malloc函數(shù)并不知道開(kāi)辟空間的類(lèi)型，具體在使用的時(shí)候使用者自己來(lái)決定。

• 如果參數(shù) size 為0，malloc的行為是標(biāo)準(zhǔn)是未定義的，取決于編譯器。

C語(yǔ)言提供了另外一個(gè)函數(shù)free，專(zhuān)門(mén)是用來(lái)做動(dòng)態(tài)內(nèi)存的釋放和回收的，函數(shù)原型如下：

void free (void* ptr);

free函數(shù)用來(lái)釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的內(nèi)存。

• 如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的，那free函數(shù)的行為是未定義的。

• 如果參數(shù) ptr 是NULL指針，則函數(shù)什么事都不做。

malloc和free都聲明在 stdlib.h 頭文件中。

舉個(gè)例子：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//張三
	//申請(qǐng)
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	//釋放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

代碼結(jié)果：

1，2，3，4，5

那我們?cè)囈辉囍苯哟蛴￠_(kāi)辟的動(dòng)態(tài)空間，看看里面的內(nèi)容是什么？

int main()
{
	//張三
	//申請(qǐng)
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//釋放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

代碼結(jié)果：

-842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451

發(fā)現(xiàn)malloc開(kāi)辟的動(dòng)態(tài)空間打印的是隨機(jī)值

2.2 calloc

C語(yǔ)言還提供了一個(gè)函數(shù)叫 calloc ， calloc 函數(shù)也用來(lái)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。原型如下：

void* calloc (size_t num, size_t size);

• 函數(shù)的功能是為 num 個(gè)大小為 size 的元素開(kāi)辟一塊空間，并且把空間的每個(gè)字節(jié)初始化為0。

• 與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會(huì)在返回地址之前把申請(qǐng)的空間的每個(gè)字節(jié)初始化為全0。

舉個(gè)例子：

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("calloc()-->%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//釋放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

代碼結(jié)果：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

發(fā)現(xiàn)calloc開(kāi)辟的動(dòng)態(tài)空間打印的是0。

calloc和malloc的對(duì)比：

參數(shù)都是不一樣的

都是在堆區(qū)上申請(qǐng)的內(nèi)存空間，但是malloc不初始化，calloc會(huì)初始化為0

如果要初始化，就使用calloc

不需要初始化，就可以使用malloc

2.3 realloc

• realloc函數(shù)的出現(xiàn)讓動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理更加靈活。

• 有時(shí)會(huì)我們發(fā)現(xiàn)過(guò)去申請(qǐng)的空間太小了，有時(shí)候我們又會(huì)覺(jué)得申請(qǐng)的空間過(guò)大了，那為了合理的時(shí)候內(nèi)存，我們一定會(huì)對(duì)內(nèi)存的大小做靈活的調(diào)整。那 realloc 函數(shù)就可以做到對(duì)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存大小的調(diào)整。

函數(shù)原型如下：

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

• ptr 是要調(diào)整的內(nèi)存地址

• size 調(diào)整之后新大小

• 返回值為調(diào)整之后的內(nèi)存起始位置。

• 這個(gè)函數(shù)調(diào)整原內(nèi)存空間大小的基礎(chǔ)上，還會(huì)將原來(lái)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動(dòng)到 新 的空間。

• realloc在調(diào)整內(nèi)存空間的是存在兩種情況：

情況1：原有空間之后有足夠大的空間

情況2：原有空間之后沒(méi)有足夠大的空間

情況1

當(dāng)是情況1 的時(shí)候，要擴(kuò)展內(nèi)存就直接原有內(nèi)存之后直接追加空間，原來(lái)空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化。

情況2

當(dāng)是情況2 的時(shí)候，原有空間之后沒(méi)有足夠多的空間時(shí)，擴(kuò)展的方法是：在堆空間上另找一個(gè)合適大小

的連續(xù)空間來(lái)使用。這樣函數(shù)返回的是一個(gè)新的內(nèi)存地址。

由于上述的兩種情況，realloc函數(shù)的使用就要注意一些。

舉個(gè)例子：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, 400000);
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
		//使用
		for (i = 5; i < 10; i++)
		{
			p[i] = i + 1;
		}
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}
	}
	//釋放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

方案一：realloc函數(shù)返回的是舊地址

方案二：realloc函數(shù)返回的是新地址

• realloc會(huì)找更大的空間

• 將原來(lái)的數(shù)據(jù)拷貝到新的空間

• 釋放舊的空間

• 返回新空間的地址

3. 常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存錯(cuò)誤

3.1 對(duì)NULL指針的解引用操作

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	//可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)NULL指針的解引用操作
	//所以malloc函數(shù)的返回值要判斷的
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.2 對(duì)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟空間的越界訪(fǎng)問(wèn)

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)NULL指針的解引用操作
	//所以malloc函數(shù)的返回值要判斷的
	int i = 0;
	//越界訪(fǎng)問(wèn)
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.3 對(duì)非動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存使用free釋放

//對(duì)非動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存使用free釋放
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5 };
	int* p = arr;
	//....
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.4 使用free釋放一塊動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存的一部分

//使用free釋放一塊動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存的一部分
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 0;
	}
	int i = 0;
	//[1] [2] [3] [4] [5] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*p = i + 1;
		p++;  //這種寫(xiě)法不可取，如果想要釋放整個(gè)空間，必須將p放在起始位置上才可以
	}
	//釋放 
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

*p = i + 1;

p++; //這種寫(xiě)法不可取，如果想要釋放整個(gè)空間，必須將p放在起始位置上才可以，不然程序會(huì)崩潰掉

3.5 對(duì)同一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存多次釋放

void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	free(p);
	free(p);//重復(fù)釋放
}

3.6 動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存忘記釋放（內(nèi)存泄漏）

//一直在吃?xún)?nèi)存，內(nèi)存不釋放
void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	if (NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
}
int main()
{
	test();
	while (1);
}

忘記釋放不再使用的動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間會(huì)造成內(nèi)存泄漏。

切記：

動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間一定要釋放，并且正確釋放 。

提示：

malloc，calloc，realloc，所申請(qǐng)的空間，如果不想使用，需要free釋放

如果不使用free釋放：程序結(jié)束之后，也會(huì)由操作系統(tǒng)回收！

如果不使用free釋放，程序也不結(jié)束，內(nèi)存就會(huì)泄露。

工作時(shí)：

自己申請(qǐng)的，盡量自己釋放

自己不釋放的，告訴別人來(lái)釋放

這樣就可以避免動(dòng)態(tài)內(nèi)存泄漏的問(wèn)題

以上就是關(guān)于“C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理原理及實(shí)現(xiàn)的方法是什么”這篇文章的內(nèi)容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內(nèi)容對(duì)大家有幫助，若想了解更多相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。