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动态内存管理柔性数组

news 2025/9/5 14:03:16

动态内存管理

我们熟知的内存开辟：

int a=20;//在栈空间开辟四个字节
char arr[10]={0};//在栈空间连续开辟10个字节

但其有个缺点就是开辟大小固定；数组空间一旦确定了就不能调整。
这就不得不提到动态内存的开辟了

1.动态内存的开辟和释放：malloc和free

都需要包含头文件<stdlib.h>

malloc

void* malloc(size_t size);

功能：向内存的栈区申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的起始地址
在这里插入图片描述

开辟成功，返回这块空间起始地址；开辟失败，返回一个NULL指针，所以其返回值需认真检查 。
开辟示例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));//申请20个字节的空间，存5个整数//注意有时候开辟的空间过大可能会开辟失败if (p == NULL){perror("malloc");//打印错误信息return 1;}//开辟成功//使用这块空间int i = 0;for (i = 0;i < 5;i++){*(p + i) = i + 1;//p[i]=i+1;}for (i = 0;i < 5;i++){printf("%d ", p[i]);}return 0;
}

在这里插入图片描述

free

当开辟的内存使用完后需要还回去，这就涉及到了动态内存的释放和回收，这里有一个专门的函数——free

void free(void* ptr);
  • 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，则函数什么事都不用做
    同malloc所例代码，使用free还空间
    在这里插入图片描述

2.动态内存分配及扩容：calloc和realloc

calloc

calloc 是动态内存分配的

void* calloc(size_t num,size_t size);
  • 函数功能是为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全部初始化为0
    例：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)calloc(10 * sizeof(int));if (p == NULL){perror("calloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0;i < 10;i++){printf("%d\n", p[i]);}free(p);p = NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述

realloc

动态内存开辟好了有时需要对其大小进行调整，那么realloc函数就可实现

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，单位是字节；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在调整内存空间时存在两种情况：
    （1）原有空间之后有足够大的空间
    （继续在后面开辟空间去使用）
    （2）原有空间之后没有足够大的空间
    （将旧的空间的数据，拷贝一份到新的空间；返回新的空间的起始地址；释放掉旧的地址）

  • 使用：

#include<stdio.h>
int main()
{//申请一块空间，用来存放1—5的数字int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}//使用内存空间int i = 0;for (i = 0;i < 5;i++){p[i] = i + 1;}//增容int*p2=realloc(p, 10 * sizeof(int));if (p2 == NULL){perror("realloc");free(p);p = NULL;return 1;}p = p2;//继续使用p来维护新的空间for (i = 5;i < 10;i++){p[i] = i + 1;}free(p);p = NULL;return 0;
}

当然，realloc也可以用来开辟空间，如下：

int main()
{int* p = (int*)realloc(NULL, 40);//等价于malloc(40)//...return 0;
}

3.常见的动态内存的错误

(1).对NULL指针的解引用操作

产生原因：没有对malloc，realloc，calloc函数的返回值做判断。

int main()
{int*p=(int*)malloc(INT_MAX);int i=0;for(i=0;i<10;i++){p[i]=i+1;//这里可能因为p为空指针而出错//需要再循环前加上：/*if(p==NULL){perror("malloc");return 1;}*/}free(p);p=NULL;return 0;
}

(2).对动态开辟空间的越界访问

int main()
{int*p=(int*)malloc(10*sizeof(int));if(p==NULL){perror("malloc");return 1;}int i=0;for(i=0;i<=10;i++){p[i]=i+1;//当i等于10的时候越界访问}free(p);p=NULL;return 0;
}

(3).对非动态开辟内存使用free访问

int main()
{int arr[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};//栈区上的数组int* p=arr;//使用free(p);//手动回收的空间也需要手动开辟，不能回收非动态开辟内存p=NULL;return 0;}//当程序退出main函数时会自动回收

这会导致程序未响应

(4).使用free释放一块动态内存的一部分

int main()
{int*p=(int*)malloc(10*sizeof(int));if(p==NULL){perror("malloc");return 1;}int i=0;for(i=0;i<5;i++){*p=i+1;p++;//这样写会出现问题，p不再指向gakongjian如下图//这样写是没问题的：//*(p+i)=i+1;}free(p);//当free释放空间的时候，一定要给该空间的起始位置p=NULL;return 0;
}

在这里插入图片描述

(5).对同一块动态内存多次释放

int main()
{int*p=(int*)mallloc(10*sizeof(int));if(p=NULL){perror("malloc");return 1;}//使用free(p);//为避免错误，free释放后要及时将p置为空//即p=NULL;//...free(p);//二次释放了p=NULL;return 0;
}

这会导致程序未响应

(6).动态内存忘记释放（内存泄漏）

忘记手动使用free进行动态内存释放会导致内存泄漏。
应做到谁申请的空间谁释放；不使用空间及时释放；自己（函数1）不方便释放的空间，要告诉别人（函数2）释放

4.动态内存经典例题

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void GetMemory(char* p)//正确方法：（char** p）
{p = (char*)malloc(100);//改正：*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{char* str = NULL;GetMemory(str);//改正：GetMemory(&str);strcpy(str, "hello world");printf(str);/*释放：free(str);str=NULL;*/
}
int main()
{Test();return 0;
}//存在对NULL的解引用操作，程序崩溃

程序崩溃原因：

  • 当str传递给GetMemory函数的时候，采用的是值传递，形参变量p只是str的一份拷贝。当把malloc申请的空间的起始地址存放在p中时不会修改str，str依然为NULL。因而当GetMemory函数返回后，再去调用strcpy函数需要将"hello world"拷贝到str指向的空间时，程序崩溃；
  • 且malloc申请的空间没有手动去释放，存在内存泄露
//返回栈空间地址的问题
char* GetMemory(void)
{char p[] = "hello world";return p;//p是一个局部变量，是栈区上的数组，出了作用域这块空间就销毁
}
void Test(void)
{char* str = NULL;str = GetMemory();printf(str);
}
int main()
{Test();return 0;
}//打印出随机值
//正确改法：static char p[] = "hello world";
//加入static该数组就存在内存的静态区了，退出后不会销毁

//内存泄漏问题
void GetMemory(char** p, int num)
{*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{char* str = NULL;GetMemory(&str, 100);strcpy(str, "hello world");printf(str);//释放：free(str);//str=NULL;
}
int main()
{Test();return 0;
}
//未使用free去释放malloc开辟的内存，内存泄露了

//野指针问题
void Test(void)
{char* str = (char*)malloc(100);strcpy(str, "hello");free(str);//内存提前释放了，str称为野指针if (str != NULL){strcpy(str, "world");//这里非法访问内存printf(str);}
}
int main()
{Test();return 0;
}//程序崩溃，什么都打印不出来
//正确做法，在释放后把指针置为空
// 即str=NULL;

柔性数组

  1. C99中，结构中的最后一个元素允许是位置大小的数组，这就叫【柔性数组】成员。例如：
struct st
{int i;int a[0];//大小未知，即柔性数组成员//或者写成：int a[];
}

柔性数组的特点

  • 结构中的柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员

  • sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存
    在这里插入图片描述

  • 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，如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct S
{int n;int arr[];//柔性数组成员
};
int main()
{struct S* ps=(struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}//使用空间ps->n = 100;int i = 0;for (i = 0;i < 10;i++){ps->arr[i] = i + 1;}
//使用柔性数组，用malloc创建后，可随时调整空间//调整空间struct S* tmp=realloc(ps,sizeof(struct S)+20*sizeof(int));if(tmp==NULL){perror("realloc");return 1;}ps=tmp;//释放空间free(ps);ps = NULL;return 0;
}

当然，我们也可以自己写一个类似柔性数组的程序，用结构体包含一个指针的做法，代码如下：

struct S
{int n;int* arr;
};
int main()
{struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}ps->n = 100;int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));if (ptr == NULL){perror("malloc2");return 1;}ps ->arr=ptr;int i = 0;for (i = 0;i < 10;i++){ps->arr[i] = i + 1;}//当然也可以调整空间ptr=realloc(ps->arr, 20 * sizeof(int));if (ptr == NULL){perror("realloc");return 1;}ps->arr = ptr;free(ps->arr);free(ps);ps = NULL;return 0;
}

对比一下，柔性数组只需用malloc申请一次空间就满足结构体内存的使用，而我们自己写的则需要两次malloc进行内存创建。我们要知道，malloc用得越多，内存碎片就越多，浪费的也就越多。这样比较下来，柔性数组的优点是不是更显著一点了。

使用柔性数组的优点有：

  • 方便内存释放
  • 有利于提升访问速度
本次内容到这里就结束了，谢谢观看！
http://www.xdnf.cn/news/1459099.html

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