C語言動態內存管理原理及實現的方法是什么

這篇“C語言動態內存管理原理及實現的方法是什么”文章的知識點大部分人都不太理解，所以小編給大家總結了以下內容，內容詳細，步驟清晰，具有一定的借鑒價值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來看看這篇“C語言動態內存管理原理及實現的方法是什么”文章吧。

1. 為什么存在動態內存分配

我們已經掌握的內存開辟方式有：

int val = 20;//在棧空間上開辟四個字節
char arr[10] = {0};//在棧空間上開辟10個字節的連續空間

但是上述的開辟空間的方式有兩個特點：

空間開辟大小是固定的。

數組在申明的時候，必須指定數組的長度，它所需要的內存在編譯時分配。

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

那數組的編譯時開辟空間的方式就不能滿足了。

這時候就只能試試動態存開辟了。

2. 動態內存函數的介紹

2.1 malloc和free

C語言提供了一個動態內存開辟的函數：

void* malloc (size_t size);

這個函數向內存申請一塊連續可用的空間，并返回指向這塊空間的指針。

• 如果開辟成功，則返回一個指向開辟好空間的指針。

• 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。

• 返回值的類型是 void* ，所以malloc函數并不知道開辟空間的類型，具體在使用的時候使用者自己來決定。

• 如果參數 size 為0，malloc的行為是標準是未定義的，取決于編譯器。

C語言提供了另外一個函數free，專門是用來做動態內存的釋放和回收的，函數原型如下：

void free (void* ptr);

free函數用來釋放動態開辟的內存。

• 如果參數 ptr 指向的空間不是動態開辟的，那free函數的行為是未定義的。

• 如果參數 ptr 是NULL指針，則函數什么事都不做。

malloc和free都聲明在 stdlib.h 頭文件中。

舉個例子：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//張三
	//申請
	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;
}

代碼結果：

1，2，3，4，5

那我們試一試直接打印開辟的動態空間，看看里面的內容是什么？

int main()
{
	//張三
	//申請
	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;
}

代碼結果：

-842150451 -842150451 -842150451 -842150451 -842150451

發現malloc開辟的動態空間打印的是隨機值

2.2 calloc

C語言還提供了一個函數叫 calloc ， calloc 函數也用來動態內存分配。原型如下：

void* calloc (size_t num, size_t size);

• 函數的功能是為 num 個大小為 size 的元素開辟一塊空間，并且把空間的每個字節初始化為0。

• 與函數 malloc 的區別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節初始化為全0。

舉個例子：

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;
}

代碼結果：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

發現calloc開辟的動態空間打印的是0。

calloc和malloc的對比：

參數都是不一樣的

都是在堆區上申請的內存空間，但是malloc不初始化，calloc會初始化為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函數的出現讓動態內存管理更加靈活。

• 有時會我們發現過去申請的空間太小了，有時候我們又會覺得申請的空間過大了，那為了合理的時候內存，我們一定會對內存的大小做靈活的調整。那 realloc 函數就可以做到對動態開辟內存大小的調整。

函數原型如下：

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

• ptr 是要調整的內存地址

• size 調整之后新大小

• 返回值為調整之后的內存起始位置。

• 這個函數調整原內存空間大小的基礎上，還會將原來內存中的數據移動到 新 的空間。

• realloc在調整內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：原有空間之后沒有足夠大的空間

情況1

當是情況1 的時候，要擴展內存就直接原有內存之后直接追加空間，原來空間的數據不發生變化。

情況2

當是情況2 的時候，原有空間之后沒有足夠多的空間時，擴展的方法是：在堆空間上另找一個合適大小

的連續空間來使用。這樣函數返回的是一個新的內存地址。

由于上述的兩種情況，realloc函數的使用就要注意一些。

舉個例子：

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函數返回的是舊地址

方案二：realloc函數返回的是新地址

• realloc會找更大的空間

• 將原來的數據拷貝到新的空間

• 釋放舊的空間

• 返回新空間的地址

3. 常見的動態內存錯誤

3.1 對NULL指針的解引用操作

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

3.2 對動態開辟空間的越界訪問

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

3.3 對非動態開辟內存使用free釋放

//對非動態開辟內存使用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釋放一塊動態開辟內存的一部分

//使用free釋放一塊動態開辟內存的一部分
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++;  //這種寫法不可取，如果想要釋放整個空間，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++; //這種寫法不可取，如果想要釋放整個空間，必須將p放在起始位置上才可以，不然程序會崩潰掉

3.5 對同一塊動態內存多次釋放

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

3.6 動態開辟內存忘記釋放（內存泄漏）

//一直在吃內存，內存不釋放
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態開辟的空間會造成內存泄漏。

切記：

動態開辟的空間一定要釋放，并且正確釋放 。

提示：

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

如果不使用free釋放：程序結束之后，也會由操作系統回收！

如果不使用free釋放，程序也不結束，內存就會泄露。

工作時：

自己申請的，盡量自己釋放

自己不釋放的，告訴別人來釋放

這樣就可以避免動態內存泄漏的問題

以上就是關于“C語言動態內存管理原理及實現的方法是什么”這篇文章的內容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內容對大家有幫助，若想了解更多相關的知識內容，請關注億速云行業資訊頻道。