c语言分层理解(动态内存分配)
文章目录
- 1. 为什么存在动态内存分配?
- 2. 动态内存库函数
- 2.1 malloc库函数
- 2.1.1 注意要点
- 2.2 free库函数
- 2.2.1 注意要点
- 2.2.2 使用
- 2.3 calloc库函数
- 2.3.1 malloc和calloc库函数的区别
- 2.4 realloc库函数
- 2.4.1 注意要点
- 2.4.2 realloc调整内存空间的的两种请况
- 2.4.2.1 情况一
- 2.4.2.2 情况二
- 2.5 realloc库函数使用
- 3. 常见的动态内存错误
- 3.1 对NULL指针的解引用
- 3.2 对动态开辟空间的越界访问
- 3.3 对非动态开辟内存使用free释放
- 3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
- 3.5 对同一块动态内存多次释放
- 3.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
- 4. 几个经典的笔试题
- 4.1 实例一
- 4.1.1 源代码
- 4.1.2 错误分析
- 4.1.3 错误改进
- 4.2 实例二
- 4.2.1 源代码
- 4.2.2 错误分析
- 4.3 实例三
- 4.3.1 原代码
- 4.3.2 错误分析
- 4.3.3 改进
- 4.4 实例四
- 4.4.1 源代码
- 4.4.2 错误分析
1. 为什么存在动态内存分配?
与数组相比:
- 数组空间大小是固定的,但是要完成可变内存空间的变化就要用动态内存。
- 数组在声明的时候,必须指定数组的长度,它所需要的内存在编译时分配。动态内存分配不要指定长度,用的时候分配多少空间。
2. 动态内存库函数
2.1 malloc库函数
void* malloc (size_t size);
作用: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。
2.1.1 注意要点
1.如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针。
2.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。所以在使用时候一定要判断开辟空间返回值是否为空指针。
3.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。
4.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。
2.2 free库函数
void free (void* ptr);
作用:用来释放动态开辟的内存。
2.2.1 注意要点
1.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。
2.如果参数ptr是NULL指针,则函数什么事都不做。
2.2.2 使用
#include <stdlib.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
//判断ptr指针是否为空(一定要做的工作)
if (NULL != ptr)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(ptr + i) = 0;
}
}
free(ptr);
//这里ptr空间被释放,但是这个指针还是被占用,为了后面指针的使用,
//把这里返回的指针置为空指针,防止后面使用的指针和这个指针发生冲突
ptr = NULL;
return 0;
}
2.3 calloc库函数
void* calloc (size_t num, size_t size);
作用: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。(这里的num代表的是元素个数,这里的size代表的是一个元素的大小)
2.3.1 malloc和calloc库函数的区别
上图可以看出calloc库函数开辟空间会初始化,但是malloc不会。另外malloc和calloc库函数函数参数也不同,malloc直接申请空间,calloc设置空间并设置元素大小。
2.4 realloc库函数
void* realloc (void* ptr, size_t size);
作用:灵活调整申请空间的大小
2.4.1 注意要点
1.指向先前用malloc、calloc或realloc分配的内存块的指针。或者,它可以是一个空指针,在这种情况下分配一个新的块(就像调用malloc一样)。size 调整之后新大小。
2.返回值为调整之后的内存起始位置。
3.这个函数调整原内存空间大小的基础上,可能还会将原来内存中的数据移动到 新 的空间。
2.4.2 realloc调整内存空间的的两种请况
2.4.2.1 情况一
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。
2.4.2.2 情况二
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。
2.5 realloc库函数使用
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
return 1;
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
printf("\n");
//增加空间
//注意这里第一个参数必须是动态内存的指针,不能是固定大小数组名
int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
ptr = NULL;
}
for (i = 10; i < 20; i++)
{
*(p + i) = i;
}
for (i = 0; i < 20; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
3. 常见的动态内存错误
3.1 对NULL指针的解引用
错误代码展示:
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
*p = 10;
free(p);//p为空指针,不能对空指针free
p = NULL;
return 0;
}
3.2 对动态开辟空间的越界访问
错误代码展示:
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
if (p == NULL)
{
perror("malloc:");
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
//动态申请的大小是5个整形,这里访问10个,产生越界
*(p + i) = i;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
3.3 对非动态开辟内存使用free释放
错误代码展示:
#include <stdlib.h>
int main()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);//释放非动态内存
return 0;
}
3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
错误代码展示:
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
if (p == NULL)
{
printf("%s\n",strerror(errno));
}
else
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*p = i;
p++;//不是初始位置
}
}
free(p);//error
p = NULL;
return 0;
}
3.5 对同一块动态内存多次释放
错误代码展示:
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 5);
free(p);
free(p);//不能多次释放
p = NULL;
return 0;
}
3.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
错误代码展示:
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 20);
if (p == NULL)
{
printf("%s\n", strerror(errno));
}
else
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 20; i++)
{
*(p + i) = i;
}
}
//没有进行释放操作导致内存泄漏
return 0;
}
4. 几个经典的笔试题
4.1 实例一
4.1.1 源代码
#include <stdlib.h>
void GetMemory(char* p)
{
p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
4.1.2 错误分析
4.1.3 错误改进
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
void GetMemory(char** p)
{
assert(p);
*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
free(str);
str = NULL;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
4.2 实例二
4.2.1 源代码
#include <stdio.h>
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
4.2.2 错误分析
4.3 实例三
4.3.1 原代码
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
4.3.2 错误分析
4.3.3 改进
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
assert(str);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
free(str);
str = NULL;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
4.4 实例四
4.4.1 源代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
int main()
{
Test();
return 0;
}