存在動態(tài)內(nèi)存分配的原因

內(nèi)存開辟方式,例如：

int val = 20;在?？臻g上開辟四個字節(jié)
char arr[10] = { 0 };在?？臻g上開辟10個字節(jié)的連續(xù)空間

但是這種開辟空間的方式有兩個特點：

1. 空間開辟大小是固定的
2. 數(shù)組在申明的時候，必須指定數(shù)組的長度，它所需要的內(nèi)存在編譯時分配

但是有時候我們需要的空間大小，在程序運(yùn)行的時候才能知道
所以可以試試動態(tài)內(nèi)存開辟

動態(tài)內(nèi)存函數(shù)

動態(tài)內(nèi)存開辟在堆區(qū)

malloc

void* malloc (size_t size);
size單位是字節(jié)
malloc(40);申請40個字節(jié)的內(nèi)存塊大小

頭文件為#include<stdlib.h>

這個函數(shù)向內(nèi)存申請一塊連續(xù)可用的空間，并返回指向這塊空間的指針

1. 如果開辟成功，則返回一個指向開辟好空間的指針

malloc申請到空間后直接返回這塊空間的起始地址，不會初始化空間的內(nèi)容

	int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d\n", *(p + i));}

打印出來的都是空間的起始地址

2. 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

	if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}

在檢測到參數(shù)（malloc）為NULL后，說明malloc無法開辟空間，繼續(xù)進(jìn)行下去會發(fā)生錯誤，則立刻調(diào)用perror函數(shù)，將生成的錯誤描述將打印出來，后跟一個換行字符('\n')
在調(diào)用perror函數(shù)后，將程序停止，不再繼續(xù)進(jìn)行程序的運(yùn)行

3. 返回值的類型是 void* ，所以malloc函數(shù)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

	int* p = (int*)malloc(40);

每次進(jìn)行p+1都會跳過一個int*類型

4. 如果參數(shù) size 為0，malloc的行為是標(biāo)準(zhǔn)是未定義的，取決于編譯器

1. malloc申請的內(nèi)存空間，當(dāng)程序退出時，還給操作系統(tǒng)
2. 當(dāng)程序不退出，動態(tài)申請的內(nèi)存，不會主動釋放的
3. 需要使用free函數(shù)來釋放

free

C語言提供了一個函數(shù)free，專門是用來做動態(tài)內(nèi)存的釋放和回收的

void free (void* ptr);

頭文件為#include<stdlib.h>

free函數(shù)用來釋放動態(tài)開辟的內(nèi)存

1. 如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動態(tài)開辟的，那free函數(shù)的行為是未定義的
2. 如果參數(shù) ptr 是NULL指針，則函數(shù)什么事都不做

int main()
{int* p = (int*)malloc(40);//開辟失敗if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}//開辟成功int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d\n", *(p + i));}free(p);p = NULL;return 0;
}

釋放掉棧區(qū)的p指針，但是p仍然指向堆區(qū)的空間，但沒用了就會成為野指針，所以我們應(yīng)該主動將p置為空

calloc

C語言中calloc 函數(shù)也用來動態(tài)內(nèi)存分配
void* calloc (size_t num, size_t size);

1. 函數(shù)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(jié)初始化為0
2. 與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節(jié)初始化為全0。
3. 頭文件為#include<stdlib.h>

對申請內(nèi)存空間的內(nèi)容要求初始化，可以使用calloc函數(shù)來完成

realloc

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

1. ptr 是要調(diào)整的內(nèi)存地址
2. size 調(diào)整之后新大小（總共的內(nèi)存大小，包含原來內(nèi)存空間的大小）
3. 返回值為調(diào)整之后的內(nèi)存起始位置。
4. 這個函數(shù)在調(diào)整原內(nèi)存空間大小的基礎(chǔ)上，還會將原來內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動到新的空間

• realloc函數(shù)的出現(xiàn)讓動態(tài)內(nèi)存管理更加靈活。
• realloc函數(shù)可以做到對動態(tài)開辟內(nèi)存大小的調(diào)整

有時會我們發(fā)現(xiàn)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(nèi)存，我們一定會對內(nèi)存的大小做靈活的調(diào)整

realloc在調(diào)整內(nèi)存空間的是存在兩種情況

1. 原有空間之后有足夠大的空間

擴(kuò)展內(nèi)存在原有內(nèi)存之后直接追加空間，原來空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化

2. 原有空間之后沒有足夠大的空間

在堆空間上另找一個合適大小的連續(xù)空間來使用，這樣函數(shù)返回的是一個新的內(nèi)存地址，realloc內(nèi)部操作步驟：

1. 開辟新的空間
2. 會將舊的空間中的數(shù)據(jù)拷貝到新的空間
3. 釋放舊的空間
4. 返回新空間的起始地址
   將起始地址放在一個新的變量中，防止開辟失敗將原有空間釋放且沒有新的空間地址

例如：

int main()
{int* p = (int*)malloc(40);//開辟失敗if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}//開辟成功 初始化為1-10int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){p[i] = i + 1;}//增加新的空間int* ptr = (int*)realloc(p, 80);if (ptr != NULL){p = ptr;ptr = NULL;}else{perror("realloc");return 1;}//釋放空間free(p);p = NULL;return 0;
}

1. 增加新的空間時，將增加完空間之后的起始地址放在一個新的指針變量（ptr）中
2. 在確定增加的空間開辟成功后再將新開辟空間的地址（ptr）賦給原開辟的指針變量（p）中
3. 將新的指針變量（ptr）置為NULL，防止最后釋放空間后變?yōu)橐爸羔?/li>
4. 結(jié)束內(nèi)存空間分配后釋放空間（此時p和ptr所處的地址相同，釋放p指針的地址的同時ptr指針的地址相應(yīng)的也不存在），置為NULL

常見的動態(tài)內(nèi)存錯誤

1. 對NULL指針的解引用操作
   錯誤示例：
   

2. 對動態(tài)開辟空間的越界訪問
   錯誤示例：
   

3. 對非動態(tài)開辟內(nèi)存使用free釋放
   錯誤示例：
   

4. 使用free釋放一塊動態(tài)開辟內(nèi)存的一部分
   錯誤示例：
   

5. 對同一塊動態(tài)內(nèi)存多次釋放
   錯誤示例：
   

6. 動態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放（內(nèi)存泄漏）
   錯誤示例：
   
   忘記釋放不再使用的動態(tài)開辟的空間會造成內(nèi)存泄漏

動態(tài)申請的內(nèi)存空間，不會因為出了作用域自動銷毀（還給操作系統(tǒng)）
只有兩種方式進(jìn)行銷毀：

1. free
2. 程序結(jié)束（退出）

C/C++程序的內(nèi)存開辟

C/C++程序內(nèi)存分配的幾個區(qū)域：

1. 棧區(qū)（stack）：在執(zhí)行函數(shù)時，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時這些存儲單元自動被釋放。

棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。
棧區(qū)主要存放運(yùn)行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回數(shù)據(jù)、返回地址等

2. 堆區(qū)（heap）：一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結(jié)束時可能由OS回收

分配方式類似于鏈表

3. 數(shù)據(jù)段（靜態(tài)區(qū)）（static）存放全局變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)

程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放

4. 代碼段：存放函數(shù)體（類成員函數(shù)和全局函數(shù)）的二進(jìn)制代碼

static關(guān)鍵字修飾局部變量：

1. 普通的局部變量是在棧區(qū)分配空間的，棧區(qū)的特點是在上面創(chuàng)建的變量出了作用域就銷毀
2. 但是被static修飾的變量存放在數(shù)據(jù)段（靜態(tài)區(qū)），數(shù)據(jù)段的特點是在上面創(chuàng)建的變量，直到程序結(jié)束才銷毀，所以生命周期變長

柔性數(shù)組

在C99 中，結(jié)構(gòu)中的最后一個元素允許是未知大小的數(shù)組，這就叫做“柔性數(shù)組”成員

typedef struct st_type
{int i;int a[0];//柔性數(shù)組成員
}type_a;

若編譯器會報錯無法編譯，也可以寫成

typedef struct st_type
{int i;int a[];//柔性數(shù)組成員
}type_a;

int a[];和int a[0]都成員是不確定的，表示為柔性數(shù)組

柔性數(shù)組的特點

1. 結(jié)構(gòu)中的柔性數(shù)組成員前面必須至少有一個其他成員
2. sizeof 返回的這種結(jié)構(gòu)大小不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存

struct S
{int n;int arr[0];
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S));return 0;
}

打印結(jié)果為：4

3. 包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用malloc函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存的動態(tài)分配，并且分配的內(nèi)存應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)的大小，以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小

柔性數(shù)組的使用

代碼1：

struct S
{int n;int arr[0];
};
int main()
{struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}ps->n = 100;int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i + 1;}//釋放free(ps);ps = NULL;return 0;
}

柔性數(shù)組成員arr，相當(dāng)于獲得了40個字節(jié)的連續(xù)空間

柔性數(shù)組的優(yōu)勢

柔性數(shù)組也可以用指針來代替
代碼2：

struct S
{int n;int* arr;
};
int main()
{struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));if (ps == NULL){perror("malloc->ps");return 1;}ps->n = 100;ps->arr = (int*)malloc(40);if (ps->arr == NULL){perror("malloc->arr");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i + 1;}//釋放free(ps->arr);ps->arr = NULL;free(ps);ps = NULL;return 0;
}

代碼1 和 代碼2 可以完成同樣的功能
但是柔性數(shù)組的實現(xiàn)有兩個好處：

1. 方便內(nèi)存釋放

使用柔性數(shù)組，結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存以及其成員要的內(nèi)存一次性就可以分配好，并返回一個結(jié)構(gòu)體指針，做一次free就可以把所有的內(nèi)存也給釋放掉

2. 有利于訪問速度

連續(xù)的內(nèi)存有益于提高訪問速度，也有益于減少內(nèi)存碎片