1. 为什么要有动态内存分配
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：
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。
C语⾔引⼊了动态内存开辟，让程序员⾃⼰可以申请和释放空间，就⽐较灵活了。
2. malloc和free
2.1 malloc
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，是字节个数，malloc的⾏为是标准是未定义的，取决于编译器。
下列代码不是申请20个int类型，而是申请20个字节的空间
int* p = (int*)malloc(20);同时要写一个判断空间是否为空的代码
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}2.2 free
C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔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 <stdlib.h>
int main()
{
//20 个字节 - 存放5个整数
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
//使用空间
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*(p + i) = i + 1;
//如果用p++，则在free中p不是起始位置
}
//释放内存
free(p);//传递给free函数的是要释放的内存空间的起始地址
p = NULL;
return 0;3. calloc和realloc
3.1 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 <stdlib.h>
int main()
{
int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if(NULL != p)
{
int i = 0;
for(i=0; i<10; i++)
{
printf("%d ", *(p+i));
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}输出结果：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
所以如果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。
3.2 realloc
• 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，那为了合理的使⽤内存，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。
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。
• 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。
int main()
{
int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));//20
//1 2 3 4 5
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
//使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*(p + i) = i+1;
}
//希望将空间调整为40个字节
int*ptr = (int*)realloc(p, 4000);
if (ptr != NULL) //调整成功
{
p = ptr;
int i = 0;
for (i = 5; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i + 1;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
free(p);
p = NULL;
}
else //调整失败
{
perror("realloc");
free(p);
p = NULL;
}
return 0;
}• 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
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。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int *ptr = (int *)malloc(100);
if (ptr != NULL)
{
// 业务处理
}
else
{
return 1;
}
// 扩展容量
// 代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
ptr = (int *)realloc(ptr, 1000); // 这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
// 代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中
int *p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if (p != NULL)
{
ptr = p;
}
// 业务处理
free(ptr);
return 0;
}//realloc函数可以完成和malloc一样的功能
int main()
{
realloc(NULL, 20);//=== malloc(20);
return 0;
}4. 常⻅的动态内存的错误
4.1 对NULL指针的解引⽤操作
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX / 4);
//INT_MAX是一个很大的数，，如果不判断malloc是否为NULL，就会出错
*p = 20; // 如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}4.2 对动态开辟空间的越界访问
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
if (NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i; // 当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}4.3 对⾮动态开辟内存使⽤free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);
}4.4 使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p); // p不再指向动态内存的起始位置
}4.5 对同⼀块动态内存多次释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p); // 重复释放
}4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while (1)
;
}忘记释放不再使⽤的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放。
5. 动态内存经典笔试题分析
5.1 题目1：
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}请问运⾏Test 函数会有什么样的结果？
p是形参，str是传值调用，当GetMemory运行结束后，p的空间就被释放了，str依旧是NULL，没法存hello world
而且还没有free，存在内存泄漏
应该改成这样：用传地址的方法
void GetMemory(char** p)
{
*p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
free(str);
str=NULL;
}也可以这样：
char* GetMemory()
{
char* p = (char*)malloc(100);
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
free(str);
str = NULL;
}5.2 题目2：
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
请问运⾏Test 函数会有什么样的结果？
p是局部数组，当GetMemory运行结束后，p的会被释放掉，str指针没法访问p的空间，是非法访问，p的空间已经还给操作系统，str则为一个也指针。
这就是典型的返回栈空间地址的问题！
例如下面代码，返回一个值可以但返回一个地址不行
int* test()
{
int n = 10;
return &n;//error
return n;//yes
}
int main()
{
int* p = test();
printf("%d\n", *p);
return 0;
}5.3 题目3：
void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}请问运⾏Test 函数会有什么样的结果？
这个代码忘记free，但是还是可以运行，但是最好free一下
5.4 题目4：
void Test(void)
{
char *str = (char *)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}请问运⾏Test 函数会有什么样的结果？
str提前释放了，str没有了对这个动态内存空间的访问权限，但是内存还是存在的，str还是存放着动态内存空间的地址，只是没有了操作权限，当运行到if语句，虽然str不是空指针，当时str没有访问权限，所以就不能把world拷贝到动态内存空间的地址上，这就是非法访问
所以只要在free(str)后加一个str=NULL,不然str就会成为一个野指针
6. 柔性数组
也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。
C99 中，结构中的最后⼀个元素允许是未知⼤⼩的数组，这就叫做『柔性数组』成员。
例如：
struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
};有些编译器会报错⽆法编译可以改成：
struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
};6.1 柔性数组的特点：
• 结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员。
• sizeof 返回的这种结构⼤⼩不包括柔性数组的内存。
• 包含柔性数组成员的结构⽤malloc ()函数进⾏内存的动态分配，并且分配的内存应该⼤于结构的⼤⼩，以适应柔性数组的预期⼤⼩。
例如：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
return 0;
}6.2 柔性数组的使⽤
//代码1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S
{
int n;//4
int arr[];//
};
int main()
{
//printf("%zd\n", sizeof(struct S));
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 5*sizeof(int));
if (ps == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
ps->n = 100;
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
ps->arr[i] = i;
}
//调整空间
struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S)+10*sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{
ps = ptr;
}
//....
//释放
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}这样柔性数组成员a，相当于获得了5个整型元素的连续空间。
6.3 柔性数组的优势
上述的 type_a 结构也可以设计为下⾯的结构，也能完成同样的效果。
//代码2
struct S
{
int n;
int* arr;
};
int main()
{
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
if (ps == NULL)
return 1;
ps->arr = (int*)malloc(5*sizeof(int));
if (ps->arr == NULL)
return 1;
//使用
ps->n = 100;
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
ps->arr[i] = i;
}
//调整数组大小
int*ptr = (int*)realloc(ps->arr, 10*sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{
ps->arr = ptr;
}
//使用
//...
//释放
free(ps->arr);
free(ps);
return 0;
}上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是 ⽅法1 的实现有两个好处：
第⼀个好处是：⽅便内存释放
如果我们的代码是在⼀个给别⼈⽤的函数中，你在⾥⾯做了⼆次内存分配，并把整个结构体返回给⽤⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体，但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望⽤⼾来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存⼀次性分配好了，并返回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。
第⼆个好处是：这样有利于访问速度.
连续的内存有益于提⾼访问速度，也有益于减少内存碎⽚。（其实，我个⼈觉得也没多⾼了，反正你跑不了要⽤做偏移量的加法来寻址）
7. 总结C/C++中程序内存区域划分
C/C++程序内存分配的⼏个区域：
1. 栈区（stack）：在执⾏函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执⾏结束时这些存储单元⾃动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很⾼，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运⾏函数⽽分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
《函数栈帧的创建和销毁》
2. 堆区（heap）：⼀般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。分配⽅式类似于链表。
3. 数据段（静态区）：（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码。
