C语言【动态内存管理】详解
引言
详细介绍了mallc函数，free 函数，calloc 函数，realloc 函数。还有C/C++程序内存分配
在讲之前先说一个知识点：
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。
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。
内存动态分配是在堆区上的
一、为什么要有动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟方式有：
int a = 20; //在栈空间上开辟四个字节
int arr[10] = { 0 }; //在栈空间上开辟10个字节的连续空间但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
• 空间开辟大小是固定的。
• 数组在申明的时候，必须指定数组的长度，数组空间⼀旦确定了大小不能调整
但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知 道，那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。
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。
二、malloc 和 free
malloc函数
C语言提供了⼀个动态内存开辟的函数：malloc
函数原型：malloc - C++ Reference
void* malloc (size_t size);这个函数向内存申请⼀块连续可用的空间，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的行为是标准是未定义的，取决于编译器。
free函数
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：free - C++ Reference
void free (void* ptr);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。
malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
参考代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
int i = 0;
for (i = 0; i < num; i++)
{
*(ptr + i) = 0;
}
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//是否有必要？ //肯定是非常有必要是，不然ptr就是个野指针了
return 0;
}三、calloc 和 realloc
calloc函数
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：calloc - C++ Reference
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。
参考代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (NULL != p)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + 1));
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}运行结果： 
所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用 calloc 函数来完成任务。
realloc函数
• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的使用内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那的 relloc 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：realloc - C++ Reference
void* realloc (void* ptr, size_t size);注意注意：第二个参数就是扩容后的大小；
• ptr 是要调整的内存地址
• size 调整之后新大小
• 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。
情况3（都可能会有）：扩容失败了，返回NULL。
由于上述的三种情况，realloc函数的使用就要注意⼀些。
四、常见的动态内存的错误
对NULL指针的解引用操作
对动态开辟空间的越界访问
参考代码：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
//todo: 这个要判断malloc函数的返回值,万一是NULL就err了
// 应加上这段代码：
//if (p == NULL)
//{
// perror("malloc");
// return 1;
//}
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i + 1;//可能会出现对NULL的解引用操作-err
}
//...
return 0;
}
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i + 1; //当i是10的时候，就越界访问了
}
//...
return 0;
}对非动态开辟内存使用free释放
参考代码：
int main()
{
int a = 10;
int* p = &a;
//使用
*p = 100;
free(p);//4.3 对非动态开辟内存使用free释放
p = NULL;
return 0;
}使用free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分
参考代码：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*p = 5;
p++;
}
//释放空间
free(p); //p里边不再是动态开辟空间的起始地址
p = NULL;
return 0;
}对同⼀块动态内存多次释放
参考代码：
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (p == NULL)
return;
free(p);
//
//
//....
free(p);//重复释放
}
int main()
{
test();
return 0;
}动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
参考代码：
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while (1);
}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。