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深入了解C語言的動態內存管理_C 語言

作者：熬夜磕代碼丶 ? 更新時間： 2022-09-08 編程語言

一、為什么會存在動態內存

int data=20;//在棧空間上開辟4個字節空間
char ch[5]={0};//在棧開辟5個字節連續空間

上面展示的即為我們正常開辟固定的內存空間，它有兩個方面的特點

1.內存空間所占大小是固定的，不能改變的。

2.創建數組時，必須指明長度大小，在編譯時內存進行分配。

很顯然靜態分配內存分配在一些場景，就暴露出它的弊端。如果在開發之前，我們不知道空間的需求，我們有時只有在程序運行的時候才能知道自己所需要空間大小，這時候我們只能使用動態分配內存了。

二、動態內存函數

1.malloc和free

malloc函數的參數只有一個size_t size，向內存申請一塊連續可用的空間，有幾點需要注意

1.如果開辟成功的話，返回指向開辟好空間的指針

2.如果開辟失敗的話，則返回NULL，因此每次開辟空間之后，都要進行檢查

3.malloc函數未定義返回類型，一切由使用者自己使用

4.需引用stdlib.h頭文件

free函數是和malloc配套使用的,每次在堆開辟動態空間后，程序結束之前，必須進行空間釋放，不然會出現動態空間泄露，在使用free時，仍需要注意幾點

1.如果指針指向的空間不是動態開辟的，不能用free進行釋放

2.如果指針指向的是null指針，則free函數什么事都不做

3.free不能多次使用

4.需引用stdlib.h頭文件

代碼如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	int* src = NULL;
	src = (int*)malloc(40);//開辟40字節動態內存
	if (src == NULL)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	free(src);//進行動態內存釋放
	src = NULL;
	return 0;
}

相信有人會問，不是已經對動態內存進行釋放，為什么還要令指針等于NULL，我們調試一把。

這里我們可以發現，雖然動態內存進行free釋放，但指針仍然指向被釋放的動態內存的地址，如果不置空，就會造成野指針，非法訪問的問題。

2.calloc

calloc和malloc最大的區別就是，malloc只負責對內存進行動態開辟,但calloc不僅開辟，還進行初始化。

代碼如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	int* src = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (src == NULL)
		{
	      printf("%s", strerror(errno));
	      return 1;
		}
	free(src);//進行動態內存釋放
	src = NULL;
	return 0;
}

我們調試一把可以發現，calloc在開辟空間時同時進行了初始化。所以如何我們對申請的內存空間的內容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函數來完成任務。

3.realloc

當我們一次開辟動態內存不夠大的時候，realloc讓動態內存更加的靈活。realloc幾個參數：

1.第一個參數為要調整內存的地址

2.調整后大小

3.調整后內存的起始位置

為什么還要返回調整后內存的地址，不是直接就開辟好了嗎？其實reallloc函數在開辟時有以下兩種情況：

1.原來的內存之后空間是足夠的，則直接開辟

2.原來的內存之后空間不夠用。

我們畫圖刨析一下

情況1：直接追加空間，原來數據不變

情況2：沒有足夠的空間，在堆上找一個大小合適的連續空間。所以函數返回的是一個新的內存地址。

代碼如下（示例）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	int* src = NULL;
	src = (int*)malloc(40);//開辟40字節動態內存
	if (src == NULL)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	src = realloc(src, 80);
	if (src == NULL)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	free(src);//進行動態內存釋放
	src = NULL;
	return 0;
}

三、動態內存函數常見錯誤

1.動態內存越界訪問

void test1()
{
	int* src = (int*)malloc(20);
	if (NULL == src)
	{
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 6; i++)
	{
		(*src+i)=i
	}
	free(src);
	src = NULL;
}

在這里我們malloc只開辟了20個字節，但(*src+5)造成了越界訪問

2.對NULL指針進行解引用操作

void test2()
{
	int* src = (int*)malloc(INT_MAX);//此處INT_MAX為int的最大值
	*src = 10;//如果src是NULL時，無法解引用
	free(src);
	return 0;
}

這里未對開辟的動態內存空間進行是否為空的判斷，當為空時，解引用就會出現錯誤。

3.使用free釋放一塊動態開辟內存的一部分

void test3()
{
	int* src = (int*)malloc(40);
	int i=0;
	for(i=0;i<6;i++)
	{
	*(src+i)=i;
	src++;
	}
	free(src);//此時src不指向起始位置
}

因為指針指向的地址發生變化，不在指向起始未知，進行free釋放是非常危險的。

4.對靜態內存進行free釋放

void test4()
{
	int a = 20;
	int* src = &a;
	free(src);
}

5.對同一內存空間多次釋放

void test5()
{
	int* src = (int*)malloc(40);
	free(src);
	free(src);//多次釋放
}

第一個free已經將堆空間的動態內存進行釋放，此時src已經是一個野指針，在進行釋放是十分危險的。

6.動態開辟空間忘記釋放

void test6()
{
	int* src = (int*)malloc(40);
	if (src != NULL)
	{

	}
	while (1);
}

在開辟動態內存之后，一直進行while循環，為進行free釋放，會造成內存泄漏。

四、經典筆試題

1.筆試1

void test(char* src)
{
	src = (char*)malloc(30);
}
int main()
{
	char* src = NULL;
	test(src);
	strcpy(src, "wo yao jin da chang");
	printf(src);
	free(src);
}

這里會輸出wo yao jin da chang 嗎？

這里很明顯，src仍然是NULL,所以無法輸出wo yao jin da chang

2.筆試2

char* test()
{
	char arr[] = "wo yao jin da chang";
	return arr;
}
int main()
{
	char* src = NULL;
	src = tset();
	printf(src);
	return 0;
}

這里會輸出wo yao jin da chang 嗎？

這里test函數確實把字符串地址傳給了src，但是字符串是局部變量，當函數執行完之后，就銷毀了，所以src輸出的內容是隨機的。

3.筆試3

void test()
{
	char* src = (char*)malloc(50);
	if (src != NULL)
	{
		strcpy(src, "wo yao jin da chang");
	}
	free(src);
	if (src != NULL)
	{
		strcpy(src, "taijuanlebujinle");
		printf(src);
	}
}

這里會輸出taijuanlebujinle 嗎？

這里對動態內存釋放后，繼續進行賦值，對野指針進行了訪問是錯誤的。

總結

看到這里大家對動態內存管理已經有了一定的認識，應該特別注意這幾點，在進行動態內存開辟之后進行判斷是否為空，使用完后進行free釋放，并且置空，防止動態內存泄露，只要記住這幾點基本就可以很好的使用動態內存了。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/buhuisuanfa/article/details/125768729

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