malloc/free 内存问题
一、malloc 和 free 函数
1. malloc：动态分配内存
功能：在堆区分配一块指定大小的连续内存空间，返回指向该空间的指针。
原型：void *malloc(size_t size);
参数：size 为需要分配的字节数（通常用 sizeof(类型) 计算）。
返回值：成功时返回指向分配内存的指针；失败时返回 NULL（需检查返回值）。
示例：
#include <stdlib.h> // malloc 和 free 的头文件
int main() {
// 分配可以存储 5 个 int 类型的内存空间
int *arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
if (arr == NULL) { // 必须检查分配是否成功
// 处理内存分配失败（如输出错误信息）
return 1;
}
// 使用分配的内存
for (int i = 0; i < 5; i++) {
arr[i] = i;
}
// ... 使用完毕后需释放内存
return 0;
}
2. free：释放动态分配的内存
功能：将 malloc（或 calloc、realloc）分配的内存释放，归还给系统。
原型：void free(void *ptr);
参数：ptr 是 malloc 系列函数返回的指针（不能是其他指针，如栈变量地址）。
注意：
释放后，指针 ptr 不会自动变为 NULL，需手动置空（避免野指针）。
不能重复释放同一块内存（会导致程序崩溃）。
不能释放非动态分配的内存（如栈上的局部变量）。
示例：
int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
if (p != NULL) {
*p = 10;
free(p); // 释放内存
p = NULL; // 手动置空，避免野指针
}
二、常见动态内存问题
1. 内存泄露（Memory Leak）
定义：动态分配的内存使用完毕后，未通过 free 释放，导致这部分内存无法被系统回收，长期运行会耗尽可用内存。
原因：忘记释放内存、释放路径被跳过（如函数提前返回）。
示例（内存泄露）：
c
运行
void func() {
int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
// 未调用 free(p)，函数结束后 p 被销毁，内存无法释放
}
int main() {
while (1) {
func(); // 每次调用都泄露一块 int 大小的内存
}
return 0;
}
2. 内存溢出（Memory Overflow）
定义：程序需要分配的内存超过了系统能提供的最大内存，导致 malloc 失败（返回 NULL）。
后果：若未检查 malloc 返回值，直接使用 NULL 指针会导致程序崩溃。
示例：
int main() {
// 尝试分配远超系统能力的内存（如 10GB）
int *p = (int*)malloc(1024 * 1024 * 1024 * 10 * sizeof(int));
*p = 10; // 若 p 为 NULL，会导致程序崩溃
return 0;
}
3. 越界访问（Out-of-Bounds Access）
定义：访问动态分配的内存时，超出了分配的范围（如访问 arr[5] 但只分配了 5 个元素的空间）。
后果：修改其他变量的内存、程序崩溃、数据损坏（编译器通常不报错，需手动保证访问合法性）。
示例（越界访问）：
c
运行
int *arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); // 分配 5 个 int（索引 0~4）
arr[5] = 10; // 越界访问（索引 5 超出范围）
free(arr);
4. 野指针（Wild Pointer）
定义：指向无效内存的指针（未初始化、已释放或越界的指针）。
常见场景：
指针未初始化（指向随机内存）。
指针指向的内存已被 free 释放，但指针未置空。
指针越界（指向超出分配范围的内存）。
后果：访问野指针可能导致程序崩溃、数据损坏或不可预知的行为。
示例（野指针）：
// 场景 1：未初始化的指针
int *p;
*p = 10; // p 是野指针，操作危险
// 场景 2：释放后未置空的指针
int *q = (int*)malloc(sizeof(int));
free(q);
*q = 20; // q 已释放，成为野指针
三、避免内存问题的原则
配对使用 malloc 和 free：动态分配的内存必须释放，且只释放一次。
释放后及时置空指针：free(p); p = NULL;，避免野指针。
检查 malloc 返回值：确保内存分配成功后再使用。
严格控制访问范围：避免越界（如通过变量记录动态数组长度）。
初始化指针：不确定指向时，先初始化为 NULL。
总结
malloc 和 free 是 C 语言动态管理堆内存的工具，需手动控制生命周期。
内存泄露、溢出、越界访问和野指针是常见风险，需通过规范代码（如检查返回值、及时释放、避免越界）规避。
良好的动态内存使用习惯是编写健壮 C 程序的关键。