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为什么要有动态内存分配

静态申请：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

空间开辟大小是固定的。
数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了大小不能调整

C语言引入了动态内存开辟，让程序员自己可以申请和释放空间，就比较灵活了

malloc和free

malloc

C语言提供了⼀个动态内存开辟的函数：

void* malloc (size_t size);//C语⾔提供了⼀个动态内存开辟的函数：

功能：向内存的堆区申请⼀块连续可用的空间，并返回指向这块空间的起始地址。
• 如果开辟成功，则返回这块空间的起始地址。
• 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的⾏为是标准是未定义的，取决于编译器。

free

C语言提供了另外⼀个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

void free (void* ptr);//C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔是⽤来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

free函数⽤来释放动态开辟的内存。
• 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，则函数什么事都不做。

用法示例

两者的用法像公式一样，几乎任何场景下都是一样的
malloc和free都声明< stdlib.h>头⽂件中。
用法如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//申请40个字节
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	//判断是否开辟成功
	if (p == NULL)  //失败
	{
		perror("malloc 错误");
		return 1;
	}
	//开辟成功了
	//使用这块空间了
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i + 1;          //注意不要修改p地址，否则free会释放失败
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	//当不再使用这块空间的时候，主动还回去
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

申请失败

当大小过于大时，就会失败 例如：2 * INT_MAX

静态数组 vs 动态内存分配

之前我们或许否有疑问为什么数组的大小不能是变量：
要理解这个问题，我们需要先区分两种内存分配方式，以及编程语言对数组的设计逻辑：
1.在 C/C++ 这类偏底层的语言中，静态数组（直接声明在栈上的数组）的大小必须是编译期常量，而不能是变量，核心原因是： 栈内存的分配是在编译阶段确定的：编译器需要在编译时就知道数组的准确大小，才能为其预留固定的栈空间。
2. 变量的值是运行阶段才确定的：程序运行时变量的值可能随时变化，编译器无法提前预知，因此无法为 “大小不确定”的数组预留栈空间。

其实，我们想要的数组的大小是变量的万能数组其实就是动态内存管理

	int m = 0;
	scanf("%d", &m);//20
	int arr[m];//有的编译器支持，有的不支持；m一旦确定，数组的大小是不能变的

vs2022上的报错信息

而且，还有calloc和realloc 可以更改大小，更加的万能
那让我们了解一下calloc和realloc

calloc

C语⾔还提供了⼀个函数叫 calloc ， calloc 函数也⽤来动态内存分配。原型如下：

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

calloc == malloc + memset

#include <stdio.h>
int main()
{
	//申请10个整型的空间
	//int*p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", p[i]);
	}

	//释放空间
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
函数原型如下：

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

• ptr 是要调整的内存地址
• size 调整之后新大小，单位是字节
• 返回值为调整之后的内存起始位置。
• 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在调整内存空间的是存在两种情况：
◦ 情况1：原有空间之后有足够大的空间
◦ 情况2：原有空间之后没有足够大的空间

情况1
当是情况1 的时候，要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发⽣变化。
情况2
当是情况2 的时候，原有空间之后没有⾜够多的空间时，扩展的⽅法是：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。

用法示例

int main()
{
	//申请一块空间，用来存放1~5的数字
	int*p = (int*)malloc(5*sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用内存空间
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}

	//继续存放6~10
	//空间不够了，需要增容
	int* p2 = (int*)realloc(p, 6 * sizeof(int));
	if (p2 == NULL)
	{
		perror("realloc");
		free(p);
		p = NULL;
		return 1;
	}
	p = p2;

	//接下来继续可以使用p来维护新的空间
	for (i = 5; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}

	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

realloc 直接申请空间

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

常见的动态内存的错误

对NULL指针的解引用操作

没有对malloc calloc realloc 的返回值做判断

void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}

对动态开辟空间的越界访问

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(5*sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++) //当i==5的时候，就越界访问了
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

对非动态开辟内存使用free释放

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = arr;
	//使用
	//...

	free(p); //free只能释放malloc,calloc,realloc申请的空间
	p = NULL;

	return 0;
}

使用free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*p = i + 1;
		p++;
	}

	free(p);//free释放空间的时候，一定要给这块空间的起始位置
	p = NULL;

	return 0;
}

对同⼀块动态内存多次释放

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	//使用

	free(p);
	//...
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

但是如果我们有个好习惯，每次free之后都NULL一下，这个问题不会存在，因为free(NULL)，会当作什么都没干

	free(p);
	p = NULL; //free两次也没问题
	free(p);
	p = NULL;

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
	int *p = (int *)malloc(100);
	if(NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
}
int main()
{
	test();
	while(1);
	return 0;
}

程序死循环一直结束不了，内存无法回收
忘记释放不再使⽤的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放。

C/C++中程序内存区域划分

C/C++程序内存分配的几个区域：
1. 栈区（stack）：在执⾏函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执⾏结束时
这些存储单元⾃动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很⾼，但是分配的内
存容量有限。 栈区主要存放运⾏函数⽽分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
《函数栈帧的创建和销毁》
2. 堆区（heap）：⼀般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）
回收 。分配⽅式类似于链表。
3. 数据段（静态区）：（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的⼆进制代码。

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$感谢大佬们三连，你的鼓励就是对我创作的激励！！！$