动态内存分配
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动态内存分配
为什么需要动态内存分配
**现有内存开辟方式局限性
int val = 20; // 栈空间开辟4个字节char arr[10] = {0}; // 栈空间开辟10个字节连续空间**缺点：
- 空间开辟大小固定
- 数组必须指定长度，无法调整 解决方案： 动态内存分配，程序运行时申请和释放空间
malloc 和 free
malloc
void* malloc(size_t size);特点：
- 成功：返回指向开辟空间的指针
- 失败：返回NULL指针（必须检查返回值）
- 返回void* 类型,需要使用者决定类型
- size为0时行为未定义
free
void free(void* ptr);**特点：
- 释放动态开辟的内存
- ptr非动态开辟时行为未定义
- ptr为NULL时函数不执行任何操作
代码示例
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>
int main(){ int num = 0; scanf("%d", &num);
int* ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
if(NULL != ptr) // 必须检查 { for(int i = 0; i < num; i++) { *(ptr + i) = 0; } }
free(ptr); // 释放内存 ptr = NULL; // 防止野指针 return 0;}calloc和realloc
calloc
void* calloc(size_t num, size_t size);**与malloc区别：自动初始化为0
realloc
void* realloc(void* ptr, size_t size);扩容的两种情况：
- 后续空间足够：直接追加，原数据不变
- 后续空间不足：寻找新空间，拷贝原数据，释放原空间
正确使用方法：
// 错误做法：直接赋值可能丢失原指针ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);
// 正确做法：使用临时指针int* p = NULL;p = (int*)realloc(ptr, 1000);if(p != NULL){ ptr = p;}常见的动态内存错误
对NULL指针解引用
void test(){ int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4); *p = 20; // 如果p为NULL则出错 free(p);}越界访问
void test(){ int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int)); for(int i = 0; i <= 10; i++) // i=10时越界 { *(p + i) = i; } free(p);}对非动态内存使用free
void test(){ int a = 10; int *p = &a; free(p); // 错误！}释放部分动态内存
void test(){ int *p = (int *)malloc(100); p++; // p不再指向起始位置 free(p); // 错误！}重复释放
void test(){ int *p = (int *)malloc(100); free(p); free(p); // 重复释放！}内存泄漏
void test(){ int *p = (int *)malloc(100); if(NULL != p) { *p = 20; } // 忘记free(p) - 内存泄漏！}经典笔试题分析
传值问题
void GetMemory(char *p){ p = (char *)malloc(100); // p是临时拷贝}
void Test(void){ char *str = NULL; GetMemory(str); // str仍为NULL strcpy(str, "hello world"); // 崩溃！ printf(str);}
//_________________________________________________________________________________正确的传址调用void GetMemory(char **p, int num){ *p = (char*)malloc(num); // 正确的二级指针}
void Test(void){ char *str = NULL; GetMemory(&str, 100); // 传递地址 strcpy(str, "hello"); printf(str); // 正确输出 free(str); // 记得释放}返回栈地址
char *GetMemory(void){ char p[] = "hello world"; // 栈空间 return p; // 返回后空间失效}
void Test(void){ char *str = NULL; str = GetMemory(); // 野指针 printf(str); // 随机值}使用已释放内存
void Test(void){ char *str = (char *)malloc(100); strcpy(str, "hello"); free(str); // 释放后 if(str != NULL) // str不为NULL但指向无效内存 { strcpy(str, "world"); // 非法访问 printf(str); }}柔性数组
定义与特点
struct st_type{ int i; int a[]; // 柔性数组成员(C99) // 或 int a[0]; (某些编译器)};特点：
- 必须作为结构体最后一个成员
- sizeof不包含柔性数组内存
- 需要malloc动态分配
使用方法
typedef struct st_type{ int i; int a[];} type_a;
int main(){ type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int)); p->i = 100; for(int i = 0; i < 100; i++) { p->a[i] = i; // 直接使用柔性数组 } free(p); // 一次释放所有内存 return 0;}柔性数组优势：
- 内存管理简单：一次分配，一次释放
- 访问速度快：连续内存，减少内存碎片
- 减少内存泄漏风险
替代方案（不推荐）
typedef struct st_type{ int i; int *p_a;} type_a;
type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));p->p_a = (int *)malloc(p->i * sizeof(int)); // 二次分配// 需要两次free，容易内存泄漏程序内存区域划分
┌─────────────────────┐│ 内核空间 │ ← 用户代码不能访问├─────────────────────┤│ 栈区 │ ← 向下增长│ - 局部变量 ││ - 函数参数 ││ - 返回地址 │├─────────────────────┤│ 堆区 │ ← 向上增长│ - malloc/calloc ││ - realloc分配 │├─────────────────────┤│ 内存映射段 ││ - 文件映射 ││ - 动态库 │├─────────────────────┤│ 数据段 ││ - 全局变量 ││ - 静态变量 │├─────────────────────┤│ 代码段 ││ - 可执行代码 ││ - 只读常量 │└─────────────────────┘各区域说明：
-
**栈区(stack)
- 自动分配释放，效率高
- 容量有限
- 存放局部变量、函数参数等
-
**堆区(heap)
- 手动分配释放
- 容量较大（受系统限制）
- 分配方式类似链表
-
**数据段(静态区)
- 存放全局变量、静态变量
- 程序结束系统释放
- **代码段
- 存放函数二进制代码
- 只读常量
重要提醒
- malloc后必须检查返回值
- free后及时置为NULL
- 避免内存泄漏和重复释放
- 使用realloc时注意使用临时指针
- 动态内存必须配对使用malloc/free
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