C动态内存管理
动态内存函数：
- malloc
- free
- calloc
- realloc
为什么存在动态内存分配
int model = 10; // 在栈区开辟4个字节
int render[10] = { 0 }; // 在栈区开辟10个int字节的连续空间但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
- 空间开辟的大小是固定的
- 数组在声明的时候，必须指定数组长度，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。
在操作系统里，有：
- 栈区 ———— 存放局部变量，函数形参等，一般用完就编译器就帮我们释放了
- 堆区 ———— 动态函数开辟的空间、malloc、calloc、realloc
- 静态区/数据段 ———— 存全局变量，静态变量..
malloc/free
void *malloc(size_t size); 参数是需要开辟的字节
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（应该没有人会开辟0个字节吧..）。
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。
free和malloc配合使用，释放内存后，还要把开辟的空间置为NULL。
例：
int main()
{
int* p = malloc(10*sizeof(int)); // 动态开辟十个整型，因为它的返回值是void* 有的编译需要手动转换
if (p == NULL)
{
//malloc 申请失败的情况
perror("malloc");
return 0;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d", *(p + i));
}
free(p); // 释放
p = NULL; // 置空
return 0;
}calloc
void *calloc(size_t num,size_t size);
calloc的用法和malloc差不多，唯一的不同点是：
- calloc需要两个参数
- calloc开辟空间的同时每个字节初始化为0
size_t num ：无符号整型 元素个数
size_t size：无符号整型 元素大小
int main()
{
int len = 10;
int *p = (int*)calloc(len, sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("calloc");
return 0;
}
//它这里已经帮我全部初始化为0？
//看看：
int i = 0;
for (i = 0; i < len; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
return 0;
}realloc
void *realloc(void *memblock,size_t *size);
- 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。
- memblock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。
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。
int main()
{
int *p = malloc(10*sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
}
int ptmp = NULL;
ptmp = realloc(p, 10 * sizeof(int));
//确保空间增量没有问题
if (ptmp != NULL)
{
p = ptmp;
}
return 0;
}
动态内存只有两种回收方式：
- 主动free释放
- 程序结束
如果对于一个动态开辟的空间，没有被释放，就会造成内存泄漏。例如这个程序7*24小时在服务器上跑，每次都泄漏一点点，那这个程序迟早是要卡死的。
常见的动态内存错误
- 对NULL指针的解引用
- 对动态开辟的空间越界访问
对非动态使用的空间free释放
- 这时候程序会崩溃
- 使用free释放动态开辟内存的一部分
- 对同一块动态开辟的内存多次释放
- 动态内存空间忘记释放（内存泄漏）
int main()
{
int *p = (int *)malloc(100);
int a = 10;
int *pa = &a;
//free(p);
//free(pa); // 非动态内存开辟的空间不能free
//int i = 0;
//for (i = 0; i < 10; i++)
//{
// p++;
//}
//free(p); // 这时候p往后移动了10个元素，不在代表首元素地址，释放一部分程序也会崩溃的
//free(p);
//free(p); // 对同一块动态内存多次释放，程序崩溃
//p = NULL; // 在释放内存内存空间后，记得把它置为NULL
return 0;
}四个经典的笔试题
题目1：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
// 问题1.这里传入的是变量不是地址，只有数组名才代表首元素地址，既然不是地址，上面是一份临时拷贝，改变了 上面并不会影响str
strcpy(str, "hello world"); // 这里NULL指针不能进行拷贝
printf(str);
// 问题2.使用了动态开辟的内存没有释放
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
//改：1
//char* GetMemory(char **p)
//{
// return *p = (char *)malloc(100); // 二级指针解引用=str
// 函数里面的变量作用域是出了函数就销毁 ，但是这里是动态开辟的空间，是存放在堆区的，需要由程序员手动释放
//}
//void Test(void)
//{
// char *str = NULL;
// str = GetMemory(&str); // 这里传地址，形参就要用二级来接收
// strcpy(str, "hello world");
// printf(str); // 这种输出方式 和 printf("hello world") 本质上是一样的;
// free(str);
// str = NULL;
//}
//改：2
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;
}题目2：
char *GetMemory(void)
{
//局部变量 - 存在栈区 有自己的作用域，出了函数就销毁了。
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
// 没能放到str里面，str就可能是野指针，或是一些随机数
str = GetMemory();
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}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);
//基本没什么问题： 因为是动态开辟的最后需要释放一下
free(str);
str = NULL;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}题目4
void Test(void)
{
char *str = (char *)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str); // 这里就释放了
//找不到str，str是一个野指针
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
int main()
{
Test();
return 0;
}C/C++程序的内存开辟
C/C++程序内存分配的几个区域：
- 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。
根据上幅的图片可以更好的理解static关键字修饰局部变量的例子了
- 实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。
但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序
结束才销毁。所以生命周期变长。
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。
struct s {
int i;
int arr[0]; // 柔性数组成员
};
//有些编译器会报错无法编译可以改成
struct s {
int i;
int arr[]; // 柔性数组成员
};柔性数组的特点：
- 结构中柔性数组成员前面至少要有一个其他成员
- 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体用malloc函数分配的动态内存，并且分配的内存应该大于该结构体的大小，以适应柔性数组的预期大小。
柔性数组的使用
typedef struct s
{
int i;
int arr[];
}type_a;
int main()
{
type_a * p = (type_a *)malloc(sizeof(struct s)+100*sizeof(int));
p->i = 100;
int i = 0;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p->arr[i] = i;
}
//arr获得了100个连续存放整型的空间
for (i = 0; i < 100; i++)
{
printf("%d ", p->arr[i]);
}
free(p);
p = NULL;
}柔性数组的优势
//上面的代码还可以设计为：
typedef struct s
{
int i;
int *p;
}type_a;
int main()
{
type_a * p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
//业务处理
int i = 0;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p->p[i] = i;
}
//释放
free(p->p);
p->p = 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：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户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。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，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。
第二个好处：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）
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