C语言入门学习第二十八天——动态内存管理

镇楼图

Pixiv:Nardack

〇、一个需要解决的问题

在C99之前无法使用变量作为数组的参数，比如

int n = 5;
int a[n] = {0};
n = 6;

这种做法是不被允许的。

假如你有一个字符串固定只有4字节，无法在运行过程中改变长度，在使用strcat、strcopy等操作还是挺局限的。

于是动态内存管理这种操作就出现啦~

目的就是让你能在运行过程中也可以对内存进行管理

这里只会涉及到stdlib库中的四个函数：malloc、free、calloc、realloc

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一、void *malloc ( size )

作用：申请分配size个字节的内存空间

参数：size size_t类型

返回：指向这块内存空间的void指针；调用失败会返回NULL，如果size设置为0也可能会返回NULL（并不意味着调用失败）

int main(){
	int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
	if(p == NULL)printf("调用失败\n");
	scanf("%d",p);
    printf("结果为%d\n",*p)
    free(p);
    return 0;
}

借此我们还可以为数组申请内存空间

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 

int main(){
	int *p = NULL;
	int n;
	printf("定义数组元素：");
	scanf("%d",&n);
	
	p = (int*)malloc(n*sizeof(int));
	
	for(int i = 0;i<n;i++){
		p[i] = i;
	}
	
	for(int i = 0;i<n;i++){
		printf("p[%d] = %d\n",i,p[i]);
	}
	free(p);
	
    return 0;
}

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二、void free ( *p );

作用：释放malloc、calloc、realloc或aligned_alloc所申请的堆空间。若参数p为NULL，则不执行任何操作。

参数：p void指针

注意：这个操作并不会修改内存地址，只会释放（释放后会变成非法的空间）

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三、void *calloc ( n , size )

我们已经可以使用malloc分配内存空间了，还差初始化这一步，虽然写代码完成。但其实还存在一种更高效的方法，那就是calloc

作用：申请分配n个长度为size的内存空间。（ 相当于malloc(n*size) ）然后这些内存空间全部被初始化为0

参数：n size_t类型

? size size_t类型

int *a = (int*)calloc(12,sizeof(int));
for(int i = 0;i<12;i++){
	a[i] += i;
    printf("a[%d] = %d\n",i,a[i]);
}
free(a);
//可以看出calloc很好地初始化了内存空间，不然肯定都是随机值

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四、void *realloc ( *p , size )

这个函数可以重新分配内存。

比如你使用一个长度为10的字符串，突然不够用了；这时候，realloc可以使字符串在程序运行中进行扩展。（也就是可以实现变长数组）

作用：修改p所指向的内存空间的大小。若新分配的大于原来分配的，原来内存空间中的数据不会被改变；若新分配的小于原来分配的，原来内存空间中的数据可能会丢失

参数：

p

void指针（如果不是NULL，必须是malloc、calloc、realloc所调用的）

size

size_t类型

//这一般会根据用户的要求来拓宽内存空间
//下面为实现【变长数组】的代码
int num;
int count = 0;
int*p = NULL;

do{
    printf("输入整数（输入负数视为放弃输入）:");
    scanf("%d",&num);
    count++;

    p = (int*)realloc(p,count*sizeof(int));
    assert(p != NULL);
    p[count-1] = num;
}while(num >= 0);

printf("==============\n");
for(int i = 0;i < count-1;i++){
    printf("p[%d] = %d\n",i,p[i]);
}

一些诡异的做法：

①p设置为NULL，相当于使用malloc( size )

②size设置为0，相当于使用free( p )

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五、内存泄漏Memory Leak

尝试用虚拟机运行一下以下代码体验一下内存泄漏的感觉

注：用虚拟机，用虚拟机~用虚拟机！

卡崩了别怪我没提醒

#include<stdlib.h>

int main(){
	while(1){
		malloc(1);
    }
}

内存泄漏是指已动态分配的堆内存因为某种原因无法释放，造成内存的浪费。轻则占用内存减慢速度重则系统奔溃（数据丢失）

内存泄漏一般比较难发现，最好在敲一些涉及到内存的代码时考虑这个问题

分类

①隐式内存泄漏

没有及时地释放内存而导致内存的堆积

②丢失内存地址

内存地址如果无法获取，就意味着无法对这块内存地址无法进行操作，自然也不可能尝试去free掉。

int *p = (int*)malloc(3);
int q = 3;
p = &q;
/*这个时候会丢失malloc申请的内存地址
也无法进行free操作来释放掉

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六、C语言内存布局规律

地址从低到高分为：

代码段→

数据段→

BSS段→

堆→

未使用的内存空间→

栈→

命令行参数和环境变量

①代码段Text segment

存放程序执行代码的一块内存区域。

这块内存在程序运行前就已经确定，且这块内存通常属于只读

②数据段Initialized data segment

用来存放已初始化的全局变量、局部静态变量

③BSS段 Block Started by Symbol / Unitialized data segment

用来存放未初始化的全局变量

这块内存的数据在程序运行前会被自动初始化为0

④堆Heap

用来存放进程中被动态分配的内存段。

内存大小不固定，可动态扩展、缩小。

使用malloc就是将新分配内存添加到堆上

使用free就是将堆上的内存移走

⑤栈Stack

函数执行的内存区域，一般和堆共享一个区域。

目前对于堆栈的原理没必要详细地掌握，在数据结构中你将会对堆栈有着更深刻的理解

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七、堆与栈

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总结

现在你已经可以运用这四个函数来动态管理内存，当然这些基本操作是为后面一些内容作铺垫的。

如果还想实现更多的对内存的操作可以使用

string.h模块

参考资料

https://fishc.com.cn

http://www.cplusplus.com/reference

https://www.icourse163.org/course/ZJU-200001

https://www.cnblogs.com/Binhua-Liu/archive/2010/08/24/1803095.html

C语言入门学习第二十八天——动态内存管理

原文：https://www.cnblogs.com/AlienfronNova/p/14591875.html