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詳解C語言中動態內存管理及柔性數組的使用_C 語言

作者：蔣靈瑜的流水賬 ? 更新時間： 2022-09-09 編程語言

一、malloc

這個函數向堆區申請一塊連續的空間，并返回這塊內存的地址。

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
        return 1;
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

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。

如果參數 size為0，malloc的行為是標準是未定義的，取決于編譯器。

二、free

free函數用來釋放動態開辟的內存。free的指針必須是指向動態內存空間的起始地址。

如果參數 ptr 指向的空間不是動態開辟的，那free函數的行為是未定義的。

如果參數 ptr 是NULL指針，則函數什么事都不做。

三、calloc

num：要動態開辟的元素個數

size：每個元素的大小

calloc=malloc+memset

calloc和malloc的區別就在于calloc會將動態內存開辟的空間全部初始化為0

四、realloc

ptr：需要擴容的原始地址

size：擴容后的總大小

1、realloc在擴容時的情況

1、擴容時后方空間足夠，將在后方繼續擴容，返回原始地址

2、擴容時后方空間已被使用，將在新的一塊區域進行擴容，并將原始數據拷貝至新的區域，free原始地址指向的內存，并返回內存塊的地址。

3、空間不足，無法擴容，返回空指針

2、realloc也能實現malloc功能

int main()
{
    int* p = (int*)realloc(NULL, 40);
    return 0;
}

realloc在當malloc使用時，第一個參數傳空指針即可。

五、使用動態內存的常見錯誤

1、free空指針

void text()
{
    int* p = (int*)realloc(NULL, 40);
    if (p == NULL)//判斷p是否為空指針
    {
        return;
    }
    *p = 20;
}

如果開辟空間后，沒有判斷指針p是否是空指針，如果動態內存開辟失敗，那么*p將會解引用空指針。

2、對動態開辟的空間越界訪問

void text()
{
    int* p = (int*)realloc(NULL, 40);
    int* m = p;
    if (p == NULL)
    {
        return;
    }
    for (int i = 0; i <= 10; i++)
    {
        p[i] = i;//越界
        p++;
    }
}

3、對非動態開辟內容free

void text()
{
    int arr[] = {1,2,3};
    int* p = arr;
    free(p);//不能對非動態開辟的空間進行free
}

4、只free動態開辟空間的一部分

void text()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    p++;
    free(p);//p不再指向動態開辟空間的起始位置
}

實際寫代碼的時候還是得多注意這種情況，指針p在使用的過程中已經不再是初始位置，free(p)會崩潰。

5、對同一塊內存多次free

void text()
{
    int* p = (int*)realloc(NULL, 40);
    free(p);
    //p = NULL;
 
    free(p);
}

free(p)后及時將p置為空指針，哪怕p被多次free也沒問題。

6、動態內存空間忘記釋放（內存泄漏）

void text()
{
    int* p = (int*)realloc(NULL, 40);
    int a = 0;
    scanf("%d", &a);
    if (a == 5)
        return;
    free(p);
    p = NULL;
}

當函數提前終止，沒有機會走到free，可能會造成內存泄漏

另一種可能是調用了動態開辟內存的函數，使用者未在外部進行free

六、柔性數組

1、柔性數組的概念

C99中，結構體中最后一個成員變量可以是未知大小的數組

struct S
{
    int a;
    int arr[0];//這里的arr[0]代表未知大小的數組
};
//或者如下寫法：
struct S
{
    int a;
    int arr[];
};

2、柔性數組的特點

結構體中的柔性數組成員前面必須至少一個其他成員。

sizeof 返回的這種結構大小不包括柔性數組的內存。

包含柔性數組成員的結構用malloc ()函數進行內存的動態分配，并且分配的內存應該大于結構的大小，以適應柔性數組的預期大小。

3、柔性數組的使用場景

場景：將結構體中所有的成員變量全部在堆區開辟

使用柔性數組：

struct S
{
    int a;
    int arr[0];
};
int main()
{
    struct S s;
    struct S* ps = &s;
    ps = (struct S*)realloc(NULL,sizeof(s) + 40);//首次開辟空間，傳NULL
    if (ps == NULL)
    {
        exit(-1);
    }
    free(ps);
    ps = NULL;
    return 0;
}

注意此處的realloc第一個參數傳入的是NULL而不是&s，傳入&s會崩潰，是因為這是第一次動態內存開辟，此處傳入NULL相當于使用malloc

完成開辟后s在內存中的存儲如下圖：

使用常規結構體：

struct S
{
    int a;
    int* parr;
};
int main()
{
    struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));//對結構體動態開辟空間
    if (p == NULL)
    {
        exit(-1);
    }
    int* tmp= (int*)malloc(sizeof(int) * 2);//在堆區動態開辟一塊空間
    if (tmp == NULL)
    {
        exit(-1);
    }
    p->parr = tmp;
    free(p->parr);//釋放時，需要先釋放p->parr指向的空間
    p->parr = NULL;
    free(p);//再將結構體指針p指向的空間釋放
    p = NULL;
    return 0;
}

完成開辟后s在內存中的存儲如下圖：

4、柔性數組的優點

1、在上述條件下，使用柔性數組方便動態內存釋放。如果我們的代碼是在一個給別人用的函數中，你在里面做了二次內存分配，并把整個結構體返回給用戶。用戶調用free可以釋放結構體，但是用戶并不知道這個結構體內的成員也需要free，可能會造成內存泄漏。所以，如果我們把結構體的內存以及其成員要的內存一次性分配好了，并返回給用戶一個結構體指針，用戶做一次free就可以把所有的內存給釋放掉。

2、連續的內存有益于提高訪問速度，也有益于減少內存碎片。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/gfdxx/article/details/125840384

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