C语言动态内存规划详解

2024-04-02 19:55

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动态内存规划

用C语言写程序时，因为语言的一些特性使用数组的时候只能用常量来申明数组，就导致数组的内存被卡得很死，不能根据我们的实际需求灵活的使用内存空间。有些空间的大小在程序运行时才能知道，那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了，这时候就只有动态开辟内存

动态内存函数的介绍

malloc函数


void* malloc(size_t size);

这个函数的作用是向内存申请一快连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查
返回值的类型是void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。
如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器

free函数

当我们向内存空间申请的空间使用完之后一定要用free()函数将申请的内存空间释放掉，否则可能会导致内存泄漏


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。


// malloc函数 和 free函数的使用语法
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    int* arr = (int*)malloc(sizeof(int)*10); // 因为malloc函数的返回值是void*所以要进行强制类型转换
    if(arr == NULL){  // 判断内存是否开辟成功
        printf("内存开辟失败\n");
        return;
    }
    int i = 0;
    for(i = 0; i < 10; i++){ // 将数据放进我们开辟的空间中
        arr[i] = i;
    }
    for(i = 0; i < 10; i++){
        printf("%d",arr[i]); // 验证数据是否放进去了
    }
    free(arr);// 使用完空间后将它释放
    arr = NULL;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

calloc函数

C语言还提供了一个函数叫做calloc，calloc函数也用来动态内存分配


void* calloc(size_t num, size_t size);

函数的功能是为 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初始化为全0


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if(NULL != arr){
        int i = 0;
        for(i = 0; i < sizeof(int)*10; i++){
            printf("%d ",*((char*)arr+i));
        }
    }
    free(arr);
    arr = NULL;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

realloc函数

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活，有时我们会发现之前申请的空间太小了不够用，有时也会觉得申请的空间太大用不了那么多。为了能够更加灵活的管理内存我们可以使用realloc函数对开辟的内存空间进行调整


void* realloc(void* ptr, size_t size);

ptr是要调整的内存地址
size是调整之后新的内存大小
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在调整内存空间的内存时有两种情况，**第一种情况：**原有空间之后足够大的空间，这时会在原有空间之后的连续空间开辟新的空间。**第二种情况：**原有的空间之后没有足够大空间，这种情况是在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用，这样函数返回的是一个新的内存地址。所以在用realloc函数调整空间的时候需要用一个临时指针变量来存放realloc的返回值，再把变量有赋值给之前的指针变量


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    int* arr = (int*)malloc(sizeof(10));
    if(NULL != arr){
        // 业务处理
    }
    // 当开辟的空间用完时
    int* tmp = (int*)realloc(arr, sizeof(int)*20);
    if(NULL != tmp){
        arr = tmp;
    }
    return 0;
}

柔性数组


typedef struct arr_type{
    int i;
    int a[]; // 柔性数组成员
}type_arr;

结构体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。
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


typedef struct arr{
    int i;
    int a[];
}arr;
printf("%d\n",sizeof(arr));// 输出的是4

柔性数组的使用


int main() {
	struct rou_arr* ps = (struct rou_arr*)malloc(sizeof(int) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL) {
		printf("%s", strerror(errno));
	}
	ps->i = 10;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++) {
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++) {
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	// 对柔性数组进行扩容
	struct rou_arr* ptr = (struct rou_arr*)realloc(ps, sizeof(int) + sizeof(int) * 20);
	if (ptr == NULL) {
		printf("realloc is failure\n");
		return -1;
	}
	ps = ptr;
	for (i = 0; i < 20; i++) {
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 20; i++) {
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	return 0;
}

柔性数组的好处有两个，一是方便内存释放，二是有利于访问速度