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    Alex的博客:动态内存管理

    作者:[db:作者] 时间:2021-09-22 16:57

    一、为什么存在动态内存分配

    我们已经掌握的内存开辟方式有:

    int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
    char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间
    

    但是上述的开辟空间的方式有两个特点:

    • 空间开辟大小是固定的。
    • 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。

    但是对于空间的需求,不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道,那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。 这时候就只能试试动态存开辟了。

    二、动态内存函数的介绍

    1、malloc和free
    C语言提供了一个动态内存开辟的函数:

    void* malloc (size_t size);
    

    这个函数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。

    • 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。
    • 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。

    C语言提供了另外一个函数free,专门是用来做动态内存的释放和回收的,函数原型如下:

    void free (void* ptr);
    

    free函数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。

    malloc和free都声明在stdlib.h 头文件中。 举个例子:

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<assert.h>
    int main(){
    	int n ;
    	int arr[10] = { 0 };
    	printf("请输入一个整数n>");
    	scanf_s("%d", &n);
    	int* ptr = NULL;
    	ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
    	assert(ptr != NULL);
    	for (int i = 0; i < n; ++i){
    		
    		ptr[i] = i + 1;
    		printf("%d ", ptr[i]);
    	}
    	printf("\n");
    	free(ptr);
    	ptr = NULL;
    	return 0;
    }
    
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<assert.h>
    #include<string.h>
    
    typedef struct Test{
    	char* name;//没有分配内存空间
    	int age;
    	char sex[3];
    }Test, *pTest;
    
    int main(){
    	pTest t = (Test*)malloc(sizeof(Test));
    	assert(t != NULL);
    	t->age = 28;
    	strcpy(t->sex, "a");
    	t->name = (char*)malloc(sizeof(char)*10);
    	assert(t->name != NULL);
    	strcpy(t->name, "xiaofeng");
    	free(t);
    	free(t->name);
    	return 0;
    }
    

    2、calloc
    C语言还提供了一个函数叫calloc , calloc 函数也用来动态内存分配。原型如下:

    void* calloc (size_t num, size_t size);
    
    • 函数的功能是为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。
    • 与函数malloc 的区别只在于calloc会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。 举个例子:
    #include<stdio.h>
    #include<assert.h>
    #include<stdlib.h>
    
    int main(){
    	int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    	assert(p != NULL);
    	for (int i = 0; i < 10; ++i){
    		p[i] = i + 1;
    		printf("%d ", p[i]);
    	}
    	printf("\n");
    	free(p);
    	p == NULL;
    
    	return 0;
    }
    

    在这里插入图片描述
    所以如何我们对申请的内存空间的内容要求初始化,那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。

    3、realloc函数

    • realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
    • 有时会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过大了,那为了合理的时候内存,我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
    • 这个函数调整原内存空间大小的基础上,还会将原来内存中的数据移动到新的空间。函数原型 如下:
    void* realloc (void* ptr, size_t size);
    //ptr 是要调整的内存地址,size 调整之后新大小,返回值为调整之后的内存起始位置
    
    
    • realloc在调整内存空间的是存在两种情况:
      情况1:原有空间之后有足够大的空间
      情况2:原有空间之后没有足够大的空间
      在这里插入图片描述
      情况1 :当是情况1 的时候,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。
      情况2 :当是情况2 的时候,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。 由于上述的两种情况,realloc函数的使用就要注意一些。 举个例子:
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<assert.h>
    
    int main(){
    	int *ptr = (int*)malloc(100);
    	if (ptr != NULL){
    		printf("内存非配成功!");
    	}
    	else{
    		exit(EXIT_FAILURE);
    	}
    	//扩展容量
    	//代码1
    	ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗?(如果申请失败会如何?)
    	//代码2
    	int*p = NULL;
    	p = (int*)realloc(ptr, 1000);
    	if (p != NULL){
    		ptr = p;
    	}
    	//业务处理
    	free(ptr);
    	return 0;
    }
    

    realloc函数的模拟实现:

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<assert.h>
    #include<string.h>
    
    
    void* my_realloc(void *memblock, size_t size){
    	//1 申请一个更大的空间
    	void *new_memblock = malloc(size);
    	if (new_memblock == NULL)
    		return NULL;
    	//2 把原来的数据进行拷贝
    	memcpy(new_memblock, memblock, size);
    	//3 释放原有空间
    	free(memblock);
    
    	//4 返回新的空间地址
    	return new_memblock;
    }
    
    
    void main(){
    	int *ptr1 = (int *)malloc(sizeof(int) * 5);
    	assert(ptr1 != NULL);
    	for (int i = 0; i<5; ++i)  
    		ptr1[i] = i + 1;
    	//很容易出错
    	int *tmp = (int*)my_realloc(ptr1, sizeof(int) * 10);
    	if (tmp != NULL){
    		ptr1 = tmp;
    	}
    	else{
    		free(ptr1);
    		return;
    	}
    	for (int i = 5; i<10; ++i)  //1 2 3 4 5
    		ptr1[i] = i + 1;
    	for (int i = 0; i<10; ++i)
    		printf("%d ", ptr1[i]);
    	printf("\n");
    }
    
    cs
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