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【C语言】动态内存管理基础知识——动态通讯录，如何实现通讯录容量的动态化

news 来源：原创 2024/5/20 15:31:22

引言

动态内存管理的函数有：malloc,calloc,ralloc,free,本文讲解动态内存函数和使用，如何进行动态内存管理,实现通讯录联系人容量的动态化，对常见动态内存错误进行总结。

        

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目录

引言

为什么存在动态内存分配

malloc

动态内存空间位置

 内存泄漏问题

free

calloc   

realloc 

realloc如何开辟动态内存空间

动态版本的通讯录

常见动态内存错误

1.对NULL空指针进行解引用

2.对动态开辟空间的越界访问

3.对非动态开辟的内存使用free释放

4.使用free释放动态开辟内存的一部分

5.对同一块动态内存多次释放

6.动态开辟内存忘记释放（内存释放）

动态通讯录的实现

为什么存在动态内存分配

int main()
{int arr[20] = {0};//整形数组开辟20个元素，就是80个字节。return 0;
}

1.空间开辟大小是固定的

2.数组在申明的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。

如果我们开辟的空间不够，那么进行修改会比较麻烦。如果开辟的空间较大，那么所占据的空间又会很大。那么有没有一种方法可以用多少空间就开辟多大的内存呢？

这个时候就有了动态内存开辟。

malloc

动态内存函数的头文件  <stdlib.h>

void* malloc (size_t size)

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申请内存块，

size

就是我们要申请的字节大小。当然，我们的内存是有限的，不是想要申请多少内存就可以申请多少内存。

返回值

  • 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。

开创的空间放回地址是void*类型，使用的时候记得要强制类型转换。

所以我们在使用malloc函数时，要检测返回值p是否是空指针。

#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 0 };//动态内存开辟int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL)      //检测返回的p是不是空指针。{printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}//使用动态内存int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}//释放free(p);    //常常搭配malloc、calloc、realloc使用，后面会讲到p = NULL;return 0;
}

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动态内存空间位置

 动态内存函数是在堆区开辟内存空间的。我们一般的局部变量、形式参数都是存放在栈区。

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 内存泄漏问题

什么是内存泄漏？

我们创建的局部变量，数据会在函数结束时释放。

动态内存空间存放临时使用的数据，这些数据不必等到函数结束时释放，而是需要时随时开辟，不需要时，随时释放。动态开辟的内存使用完是要进行释放的，如果不对内存进行释放，那么开辟的动态内存就会被之前的数据占据，这部分的内存就无法使用，相当于丢失了内存。因此我们把这类问题叫做内存泄漏。

下面的代码如果吧进行释放，那么就会一直占据内存空间。

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 通过释放动态内存，内存可以被重新调用

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最后我们加了一步，p = NULL，p的内存空间已经被释放了还给操作系统了，但是p还是原来的地址，我们通过p就会使用到一个已经释放的内存，这就会导致野指针问题。为了避免这种情况，我们将p的地址去掉就可以了。

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free

void free (void* ptr)

free函数是专门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。

free函数只能释放动态内存开辟的空间，如果释放其他空间，就会报错。

#include <stdlib.h>
int main()
{int a = 0;int* p = &a;free(p);p = NULL;return 0;
}

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calloc   

void* calloc (size_t num, size_t size)

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num 

开辟空间元素的个数

size

空间中每个元素的大小。

  •  函数的功能为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
  • calloc和malloc的区别在于calloc在放回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。

下面的例子就是解释：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (p == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));}//打印int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}//释放free(p);p = NULL;return 0;
}

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realloc 

void* realloc (void* ptr, size_t size)

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ptr

要调整的空间的起始位置。

size

  • realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
  • 有时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豁达了，那为了合理的内存，我们一定对内存的大小做灵活的调整。那realloc函数可以做到对动态开辟内存大小的调整。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i + 1;}//扩容int* ptr =  realloc(p, 80);if (ptr != NULL)  //这里不直接将新的地址赋给p，是因为realloc有可能开辟失败返回空指针。后面详细讲{p = ptr;}for(i=0;i<10;i++){printf("%d ", *(p + i));}//释放free(p);p = NULL;return 0;
}

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realloc如何开辟动态内存空间

realloc在调整内存空间的是存在两种情况。

第一种情况，原空间之后有足够大的空间。当要进行调整的内存空间后面有多余的40个字节空间，那么就可以直接开辟向后面开辟40个字节的空间，然后放回起始位置的地址，这里指的是0的地址。

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第二种情况，原空间之后没有足够大的空间。要调整的内存空间后面不足以存放40个字节的空间，那么就要重新找到一个新的地址（可以存放80个字节）开辟，开辟成功后返回起始位置的地址。

注意：如果需要开辟的空间过大，是会开辟失败的，开辟失败，realloc返回空指针，所以要检查空指针。

这里把realloc开辟的空间换成8000，来实现第二种情况。

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动态版本的通讯录

动态：

要实现通讯录容量的动态化，要实现两个功能

1.通讯录默认能存放3个人的信息

2.如果空间不够了，就增加空间，每次增加2个人的空间

静态：

原来的通讯录的信息由结构体组成的数组，来存放信息，设置的是100人的信息。

1.当没有100人的信息时，会造成空间上的浪费。

2.当超过100人的信息时，又无法自动扩容，如果想要扩容要手动改变最大存放的空间。

原通讯录的代码：

有兴趣可以学习通讯录的实现http://t.csdnimg.cn/UbT9I

 存放数据的改变

首先把存放联系人信息的结构体给大家看看

typedef struct PeoInfo
{char name[MAX_NAME];int age;char sex[MAX_SEX];char tele[MAX_TELE];char addr[MAX_ADDR];
}PeoInfo;

原来存放联系人的信息是通过数组data[100],这样的数组的空间是固定的，是一开始设置的最大容量。

typedef struct Contact
{PeoInfo data[MAX];int count;//记录当前通讯录中实际人数的个数
}Contact;

不以数组的形式进行存放，以数组改成地址，但是地址也可以像数组一样访问数据。data是联系人的起始地址，如果想要访问第二个人，就是*(data+1),等于data[1]。

count是当前使用了多少个联系人的空间.

capacity记录的是现在存放联系人的容量是多大。因为当每次容量不够时，就增加空间，每次增加2个人的空间。也就是每次count == capacity的时候，capacity就要加2.

typedef struct Contact
{PeoInfo* data;int count;//记录当前通讯录中实际人数的个数int capacity;
}Contact;

1.初始化的改变

assert函数，用来检验空指针，如果为空指针，就会报错。

参数pc，是创立的struct Contact结构体变量的地址，这里是传址调用，作用就是改变原来的数据。

原通讯录是存放100个联系人的数组，将100个联系人的数据初始化为0。

void InitContact(Contact* pc)
{assert(pc);pc->count = 0;memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
}

动态通讯录要实现开辟3个联系人的空间，并将它们进行初始化。 既要开辟空间，又要进行初始化，我们想到calloc函数。

malloc是单纯地开辟空间，realloc是既开辟空间，并进行初始化。malloc和realloc地区别就在于是否对开辟的空间初始化。

开辟3个联系人空间，calloc进行开辟，将地址传给pc->data.将记录联系人的容量传给capacity.

int InitContact(Contact* pc)
{assert(pc);pc->count = 0;pc->data =(int*) calloc(3, sizeof(PeoInfo));if (pc == NULL){printf("InitContact::%s\n", strerror(errno));return 1;}pc->capacity = 3;return 0;
}

 2.增加联系人

参数pc，是创立的struct Contact结构体变量的地址，这里是传址调用，作用就是改变原来的数据。

动态内存管理，通过pc->data[count]可以进行数据的输入。最重要的是实现通讯录容量的动态化。

count表示已经使用的联系人数量，capacity表示联系人的总容量。

当count == capacity时，就要动态开辟内存，对容量进行增容。

CheckCapacity为自定义增容函数，我们要实现增容的功能。

realloc重新开辟内存块，实现内存的动态化。realloc返回的起始地址不能直接传给data，因为动态内存的开辟有可能失败，失败传回空指针。

capacity增加2，最后提示增容成功。

void CheckCapacity(Contact* pc)
{if (pc->count == pc->capacity);{PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + 2) * sizeof(PeoInfo));if (ptr == NULL){printf("AddContact::%s\n", strerror(errno));return 1;}else{pc->data = ptr;pc->capacity += 2;printf("增容成功\n");}}
}
void AddContact(Contact* pc)
{assert(pc);//增容CheckCapacity(pc);printf("请输入名字：》");scanf("%s", pc->data[pc->count].name);printf("请输入年龄：》");scanf("%d", &(pc->data[pc->count].age));printf("请输入性别：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].sex);printf("请输入电话：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].tele);printf("请输入地址：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].addr);pc->count++;printf("增加成功\n");
}

将整体的代码呈现在文章末尾。

        

常见动态内存错误

        

1.对NULL空指针进行解引用

如果开辟的空间过大，malloc有可能开辟失败，开辟失败就会返回空指针。如果直接对p进行解引用，就会产生问题。

#include <stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);*p = 20;return 0;
}

正确解决方法： 

在开辟动态内存后对p进行检验，是否为空指针。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}*p = 20;free(p);p = NULL;return 0;
}

        

2.对动态开辟空间的越界访问

我们只开辟了10个字节的空间，但是访问，从0到10，10算进去的话就是11个元素，这里访问越界了，就会出问题。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i <= 10;i++){p[i] = i;}free(p);p = NULL;return 0;
}

正确解决方法： 

一定要注意我们开辟的空间是否和访问的空间是一样的。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 10;i++){p[i] = i;}free(p);p = NULL;return 0;
}

        

3.对非动态开辟的内存使用free释放

free只能够释放动态开辟的内存，不能够随意去使用函数。

#include <stdlib.h>
int main()
{int a = 10;int* p = &a;//....free(p);p = NULL;return 0;
}

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4.使用free释放动态开辟内存的一部分

free做不到释放动态内存的一部分，如果要释放要将整个动态内存进行释放。

#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;p++;}free(p);p = NULL;return 0;
}

正确解决方法： 

不改变p的位置，对p进行释放。使用p的话，通过：

*(p+i) = i;

        

5.对同一块动态内存多次释放

free的二次使用，第二次使用的动态内存空间已经还给操作系统了，但是还能对p进行操作，就是野指针问题。

#include <stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);free(p);//....free(p);return 0;
}

正确解决方法： 

避免free的二次使用，或者将p转化为空指针。

#include <stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);free(p);p = NULL;free(p);return 0;
}

        

6.动态开辟内存忘记释放（内存释放）

看看下面的例子：

如果flag = 5的话，那么后面free函数就会跳过，动态开辟的内存就不能释放。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{int* p = (int*)malloc(100);int flag = 0;scanf("%d", &flag);if (flag == 5){return;}free(p);p = NULL;
}
int main()
{test();return 0;
}

动态通讯录的实现

 contact.h

头文件：用来对函数的声明

#pragma once#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>#define DEFAULT_SZ 3
#define INC_SZ 2
#define MAX 100
#define MAX_NAME 20
#define MAX_SEX 10
#define MAX_TELE 12
#define MAX_ADDR 30//类型的声明
typedef struct PeoInfo
{char name[MAX_NAME];int age;char sex[MAX_SEX];char tele[MAX_TELE];char addr[MAX_ADDR];
}PeoInfo;typedef struct Contact
{PeoInfo* data;int count;//记录当前通讯录中实际人数的个数int capacity;
}Contact;//初始化通讯录
int InitContact(Contact* pc);//销毁通讯录
void DestroyContact(Contact* pc);//增加联系人到通讯录
void AddContact(Contact* pc);//打印通讯录中信息
void ShowContact(const Contact* pc);//删除联系人的信息
void DelContact(Contact* pc);//查找指定联系人
void SeachContact(Contact* pc);//修改指定联系人
void ModifyContact(Contact* pc);//排序通讯录中的内容
//按照名字来排序
void SortContact(Contact* pc);

contact.c

源文件：函数的实现和定义

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include "contact.h"//动态版本
int InitContact(Contact* pc)
{assert(pc);pc->count = 0;pc->data =(int*) calloc(DEFAULT_SZ, sizeof(PeoInfo));if (pc == NULL){printf("InitContact::%s\n", strerror(errno));return 1;}pc->capacity = DEFAULT_SZ;return 0;
}void DestroyContact(Contact* pc)
{assert(pc);free(pc->data);pc->data = NULL;
}void CheckCapacity(Contact* pc)
{if (pc->count == pc->capacity);{PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + INC_SZ) * sizeof(PeoInfo));if (ptr == NULL){printf("AddContact::%s\n", strerror(errno));return 1;}else{pc->data = ptr;pc->capacity += INC_SZ;printf("增容成功\n");}}
}
void AddContact(Contact* pc)
{assert(pc);//增容CheckCapacity(pc);printf("请输入名字：》");scanf("%s", pc->data[pc->count].name);printf("请输入年龄：》");scanf("%d", &(pc->data[pc->count].age));printf("请输入性别：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].sex);printf("请输入电话：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].tele);printf("请输入地址：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].addr);pc->count++;printf("增加成功\n");
}void ShowContact(const Contact* pc)
{assert(pc);int i = 0;//一个汉字是两个字符printf("%-20s\t%-5s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", "名字", "年龄", "性别", "电话", "地址");for (i = 0; i < pc->count; i++){printf("%-20s\t%-5d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", pc->data[i].name,pc->data[i].age,pc->data[i].sex,pc->data[i].tele,pc->data[i].addr);}
}static int FindByName(Contact* pc, char name[])
{assert(pc);int i = 0;for (i = 0; i < pc->count; i++){if (0 == strcmp(pc->data[i].name, name)){return i;}}return -1;
}void DelContact(Contact* pc)
{char name[MAX_NAME] = { 0 };assert(pc);int i = 0;if (pc->count == 0){printf("通讯录为空，没有信息可以删除\n");return;}printf("请输入要删除人的名字：>");scanf("%s", name);//删除//1.查找int pos = FindByName(pc, name);if (pos == -1){printf("要删除的人不存在\n");return;}//2.删除for (i = pos; i < pc->count; i++){pc->data[i] = pc->data[i + 1];}pc->count--;
}void SeachContact(Contact* pc)
{assert(pc);char name[MAX_NAME] = { 0 };printf("请输入需要查找的联系人的名字:>");scanf("%s", name);//1.查找int pos = FindByName(pc, name);if (pos == -1){printf("要查找的人不存在\n");return;}//2.打印printf("%-20s\t%-5s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", "名字", "年龄", "性别", "电话", "地址");printf("%-20s\t%-5d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", pc->data[pos].name,pc->data[pos].age,pc->data[pos].sex,pc->data[pos].tele,pc->data[pos].addr);}void ModifyContact(Contact* pc)
{assert(pc);char name[MAX_NAME] = { 0 };printf("请输入需要查找的联系人的名字:>");scanf("%s", name);//1.查找int pos = FindByName(pc, name);if (pos == -1){printf("要查找的人不存在\n");return;}printf("要修改人的信息已经找到，接下来进行修改\n");//2.修改printf("请输入名字：》");scanf("%s", pc->data[pos].name);printf("请输入年龄：》");scanf("%d", &(pc->data[pos].age));printf("请输入性别：>");scanf("%s", pc->data[pos].sex);printf("请输入电话：>");scanf("%s", pc->data[pos].tele);printf("请输入地址：>");scanf("%s", pc->data[pos].addr);printf("修改成功\n");
}int cmp_peo_by_name(const void* e1, const void* e2)
{return strcmp(((PeoInfo*)e1)->name, ((PeoInfo*)e2)->name);
}
//按照名字来排序
void SortContact(Contact* pc)
{assert(pc);qsort(pc->data, pc->count, sizeof(PeoInfo), cmp_peo_by_name);printf("排序成功\n");
}

test.c

通讯录主脉络：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include "contact.h"void menu()
{printf("**********************************************\n");printf("********   1.add            2.del     ********\n");printf("********   3.search         4.modify  ********\n");printf("********   5.show           6.sort    ********\n");printf("********   0.exit                     ********\n");printf("**********************************************\n");}
int main()
{int input = 0;Contact con;//初始化通讯录:模块化初始化InitContact(&con);//只能传地址，进行修改do{menu();printf("请选择：》");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:AddContact(&con);break;case 2:DelContact(&con);break;case 3:SeachContact(&con);break;case 4:ModifyContact(&con);break;case 5:ShowContact(&con);break;case 6:SortContact(&con);break;case 0:DestroyContact(&con);printf("退出通讯录\n");break;default:printf("选择错误\n");}} while (input);return 0;
}

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