动态内存管理
1. 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：
但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
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。
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。
2. 动态内存函数的介绍
2.1 malloc 和 free 函数
C语言提供了一个动态内存开辟的函数：
free函数用来释放动态开辟的内存。
举个例子：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//malloc 和 free的头文件
int main()
{
int *ptr = (int*)malloc(sizeof(int)* 5);//申请5个大小为int型的内存空间，即20个字节
//判断申请是否成功
if (ptr == NULL)//申请失败时
{
printf("内存申请失败！\n");
return 0;
}
else//申请成功时，即可对开辟的内存进行操作
{
int i = 0;
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(ptr + i) = i;
}
}
free(ptr);//空间利用结束后，对其进行释放
ptr = NULL;//将ptr置空，防止形成野指针
return 0;
}
核心代码图解：
2.2 calloc 函数
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：
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<stdlib.h>
int main()
{
int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//申请10个 int 型数据的内存空间
//内存申请失败
if (p == NULL)
{
printf("n内存申请失败!\n");
}
//内存申请成功
else
{
;//即可进行一系列操作
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
2.3 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。
函数原型如下：
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
由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一下
3. 常见的内存错误
3.1 对NULL的解引用操作
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}
3.2 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);
}
3.3对非动态开辟内存使用free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}
3.4 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
}
3.5 对同一块动态内存的多次释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}
3.6 内存泄漏(动态开辟内存时忘记释放)
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}
4. C/C++程序的内存开辟
- 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。
- 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。
- 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。
- 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
5. 柔性数组
例如：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
有些编译器会报错无法编译可以改成
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
}type_a;
5.1 柔性数组的特点
1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
2.sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
3.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。
5.2 柔性数组的使用
//代码1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];
}type_a;
int main()
{
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100 * sizeof(int));
p->i = 100;
//业务处理
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
p=NULL;
return 0;
}
5.3 柔性数组的优势
上述的 type_a 结构也可以设计为：
//代码2
#include<stdio.h>
#include<stdio.h>
typedef struct st_type
{
int i;
int *p_a;
}type_a;
int main()
{
type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100; p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
//业务处理
for (int i = 0; i<100; i++) {
p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;
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
第二个好处是：这样有利于访问速度
扩展阅读: C语言结构体里的数组和指针.
