【C语言进阶】动态内存管理(2)
之前我们在上一期内容介绍了两个函数一个是malloc一个是free，也讲解了这两个函数的细节以及原理，这一期内容我们将剩下的几个函数进行全部讲解，争取让每一个读者能够看懂。
目录
1. calloc函数
2. realloc函数
2.1 realloc的工作原理
3.动态扩容版通讯录
3.1结构体修改：
3.2 初始化函数修改
3.3 增加函数修改
3.4 回收空间
4. 常见的动态内存的错误
4.1 空指针解引用
4.2 对动态开辟的空间的越界访问
4.3 对非动态开辟的空间进行free释放
4.4 使用free释放动态内存开辟的一部分
4.5 对同一块内存空间的多次释放
4.6 动态内存忘记释放（内存泄漏）
5. 经典面试题
5.1 看代码说输出结果
5.2 指出下面程序的问题
1. calloc函数
通过函数参数描述我们可以发现，第一个参数是num代表元素的个数，第二个参数size代表每个元素的大小（字节）；这个函数能够在返回首地址的时候进行初始化。例如下面的代码：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>int main()
{// 开辟十个整型的空间int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (p == NULL){printf("%s\n", strerror(errno)); // 若指针为空打印错误信息return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ",p[i]);}return 0;
}
我们发现使用calloc进行动态内存分配的空间是能够自动初始化的，并且初始化为0；
calloc = malloc + memset，功能更加的强大；到这里为止还是没有将如何“动态”地进行内存分配，下面的函数就会介绍到这一点。
2. realloc函数
void* realloc(void* ptr,size_t size);有时候我们分配完空间就会发现，空间过小或者过大，此时需要进行调整。
参数1：ptr是进行调整的空间的起始位置（堆空间）；
参数2：size是新空间的字节数。
2.1 realloc的工作原理
假如我们现在有40个字节的空间，现在需要扩容到80个字节，有两种情况：
①第一种情况：在原来的内存后面继续开辟空间，但是后面已经被其他数据占用了，那么我们需要单独找一块完整的80字节的空间，将所有数据挪过来，再把80字节空间的首地址返回，此时旧的空间会被自动释放；
②第二种情况： 在原来的内存空间后面有足够的内存空间，所以只需要在后面进行扩容即可。
那么能不能申请完空间直接再赋给p呢，这里是不行的，以为rrealloc有可能申请空间失败，此时就会返回一个空指针，那么p本来指向40个字节的空间的，但是由于扩容失败，导致p将之前40个字节的数据全部丢失。
正确扩容姿势如下：
int *p = (int*)malloc(40);
int *ptr = realloc(p,80);
if(ptr != NULL)
{p = ptr;
}动态开辟空间这么好用，那为什么不直接动态开辟内存呢？这是因为多次开辟空间之后，空间与空间之间会产生大量内存碎片，如果这些内存碎片没有及时利用就会造成空间的浪费。
realloc的第一个参数如果填空指针，那么他的功能就和malloc一样了。
3.动态扩容版通讯录
这个通讯录的项目，博主在之前已经讲过了，如果需要可以移步：通讯录项目；
这里需要给这个项目进行升级，之前的通讯录是在栈上开辟空间，这样会造成资源的浪费，所以这个版本需要使用动态内存扩容。
需求：
1.通讯录默认存放3个人的信息；
2.空间不够，每次增加2个人的空间。
3.1结构体修改：
需要将通讯录中的结构体数组换成结构体指针；由于是动态扩容，所以需要给一个变量标注最新的容量。
// 动态版本
typedef struct Contact
{// 通讯录假如可以存放一百条信息PeoInfo* data;// 真实存放的信息的条数int count;// 动态空间的容量int capacity;
}Contact;
本质上就是把数组换成了一个指针（堆区）；
3.2 初始化函数修改
修改初始化函数，将通讯录的data给一个分配好空间的起始地址，然后将容量设置为初始容量3；
// 动态初始化
void InitContact(Contact* p)
{assert(p);p->count = 0;// 分配空间并且赋初值p->list = (PeoInfo*)calloc(3, sizeof(PeoInfo));if (p->list == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));}p->capacity = 3;
}
3.3 增加函数修改
剩下的只需要更改add方法即可。首先需要判断如果通讯录满了就需要扩容，其实就是使用relloc扩容完毕返回一个地址，判断地址是否为空指针，若不是空指针就把地址给通讯录中的指针data，然后容量+1即可，剩下的内容保持不变。
// 通讯录的增加方法
void addContact(Contact* p)
{assert(p);if (p->count == p->capacity){// 扩容PeoInfo* tmp = realloc(p->data,(p->capacity + 2) * sizeof(PeoInfo));if (tmp == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return;}p->data= tmp;p->capacity += 2;printf("扩容成功！\n");}printf("请输入姓名：\n");scanf("%s", (p->list)[p->count].name);printf("请输入年龄：\n");scanf("%d", &((p->list)[p->count].age));printf("请输入性别：\n");scanf("%s", (p->list)[p->count].gender);printf("请输入电话号码：\n");scanf("%s", (p->list)[p->count].tele);printf("请输入地址：\n");scanf("%s", (p->list)[p->count].addr);(p->count)++;printf("通讯录增加成功!\n");
}当通讯录的联系人超过3人，此时再添加联系人会进行扩容，如下所示：
3.4 回收空间
之前我们在堆处开辟了空间，当我们选择退出程序的时候需要把堆空间的数据清空，指针指向空，所以需要再补充一个函数。
我们知道通讯录的data数组是在堆空间申请的，所以只需要销毁data数组就行。
// 通讯录数据销毁
void destroyMem(Contact* p)
{if (p == NULL) {printf("%s\n",strerror(errno));}free(p->data);p->data= NULL;
}4. 常见的动态内存的错误
4.1 空指针解引用
int* p = malloc(40);
*p = 20;正确做法：需要判断指针是否为空
int* p = malloc(40);if (p == NULL) {return 1;}*p = 20;free(p);p = NULL;4.2 对动态开辟的空间的越界访问
只开辟了40个字节的空间，这里却访问到了数组下标为10的元素，这就造成了动态开辟的空间的越界访问。
int* p = malloc(40);
if (p == NULL)
{printf("%s\n",strerror(errno));return 1;
}
for (int i = 0; i <= 10; i++)
{p[i] = i;p++;
}free(p);
p = NULL;4.3 对非动态开辟的空间进行free释放
这个问题我们之前探讨过，例如在栈空间开辟的空间是不能用free进行释放的。
int i = 10;
int* p = &i;
free(p);
p = NULL;4.4 使用free释放动态内存开辟的一部分
循环内部让指针不断加1，这就会导致p会指向这块开辟内存的最后面，这就会导致无法释放这块起始地址的空间。
int* p = malloc(40);
if (p == NULL)
{printf("%s\n",strerror(errno));return 1;
}
for (int i = 0; i <= 10; i++)
{*p = i;p++;
}free(p);
p = NULL;4.5 对同一块内存空间的多次释放
平时free之后及时地将p置为空，那么后面如果对p进行释放，也不会造成太大影响。
int* p = malloc(40);
...
free(p);
...
free(p);
p = NULL;4.6 动态内存忘记释放（内存泄漏）
看下面的代码是否有逻辑缺陷，下面的free有机会没有被执行，所以一定会导致内存泄露。
int* p = (int*)malloc(100);
int flag = 0;
scanf("%d",&flag);
if (flag == 5) {return;
}
free(p);
p = NULL;5. 经典面试题
5.1 看代码说输出结果
首先调用getmemory，p指向了一百个字节的空间，出函数之后p直接销毁，导致内存泄露；
此时的str仍然是空指针，调用strcpy的时候如果传入空指针，之前我们解析了strcpy的内部实现，需要用到解引用，空指针解引用一定会导致程序崩溃。
如何改正，让程序正确运行呢？本质上就是想让str能够改变，所以需要传str的地址，str本身是指针，指针的地址需要用二级指针来接收，在函数内部进行解引用来获得地址，这样一来在函数内部就能改变函数外部的变量。 当然开辟了空间记得要释放。
5.2 指出下面程序的问题
int* f1(void)
{int x = 10;return (&x);
}这段代码是一个函数，x是栈空间的数据，函数执行完毕后会销毁，但是这里把x的地址传出去了，这就导致了内存泄露，该地址的内存数据已经被回收，但是地址仍然被记录下来了，此时接收该地址的指针就是野指针。
int* f2(void)
{int* ptr;*ptr = 10;return ptr;
}这段代码也是野指针的问题，和上面的代码大同小异不再赘述。