C语言编程C++动态内存分配示例讲解

动态内存管理

为什么存在动态内存分配

我们到现在为止掌握的是什么样的内存开辟方式呢

//创建一个变量
int val = 20;    //局部变量  在栈空间中开辟4个字节
int g_val = 10;  //全局变量  在静态区中开辟4个字节
//创建一个数组
char arr[10] = {0}; //局部区域 在栈空间中开辟10个字节连续的空间
char g_arr[5] = {0};//全局区域 在静态区空间中开辟5个字节的连续空间

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第1张图片

但是上述的开辟空间的方式有两个特点:

1.空间开辟大小是固定的。

2.数组在申明的时候,必须指定数组的长度,它所需要的内存在编译时分配。
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。 这时候就只能试试动态内存开辟了。

c99是支持变长数组的,但现在很多编译器就不支持c99,连vs都不支持,所以就有动态内存的概念

动态内存函数的介绍

malloc申请空间和free释放空间

c语言提供了一个动态内存开辟的函数

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。

1.如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针。

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第2张图片

2.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。

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第3张图片

3.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。*

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第4张图片

4.如果参数 size 为0,malloc的行为是标准未定义的,取决于编译器。

#include
#include
#include
#include
int main()
{
	//向内存申请10个整形的空间
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		//把开辟失败的信息打印出来
		printf("%s",strerror(errno));
	}
	else
	{
		//正常使用空间
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			*(p + i) = i;//在找下标为i的元素
		}
		for (i = 0; i < 10; i++)//再把每个元素打印出来
		{
			printf("%d ", *(p + i));
		}
	}
	return 0;
}

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第5张图片

那我们可不可以看开辟失败的呢

我们可以用INT_MAX(他是整形最大),一个超级大的数字

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C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第7张图片

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第8张图片

有借有还 free释放内存

free函数用来释放动态开辟的内存。
1.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。
2.如果参数 ptr 是NULL指针,则函数什么事都不做。

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第9张图片

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第10张图片

注意

malloc和free是成对使用的,谁开辟谁释放

calloc申请内存

在内存中开辟一个数组,把元素都改成零

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。

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第11张图片

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

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realloc调整动态内存的大小

当然我们可以申请空间,但会不会遇到申请的空间不够了,想要增加一些些,大了想要去掉一些些

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第13张图片

realloc使用的注意事项

1.如果p指向的空间之后有足够的内存空间可以追加,则直接追加,后返回p

2.如果p指向的空间之后没有足够的内存空间可以追加,则realloc函数会重新找一块新的内存区域,开辟一块满足需求的空间,并且把原来的内存中的数据拷贝回来,释放旧的内存空间,最后返回新开辟的内存空间地址

3.但也有一个大问题,就是开辟INT_MAX,用新的变量ptr来接收realloc返回值

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第14张图片

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第15张图片

当然realloc也可以直接开辟空间

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常见的动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);//没成功就会有大问题
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

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所以为了防止没有开辟动态内存成功就需要做个判断

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第18张图片

2.对动态开辟空间的越界访问

#include
#include
#include
#include

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(5*sizeof(int));
	if (p == NULL)//这里我的确判断有没有开辟成功了
	{
		printf("%s", strerror(errno));
	}
	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i < 10; i++)//但是我这里访问10个整型的空间
		{
			*(p + i) = i;
		}
	}	
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

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3.对非动态开辟内存使用free释放

int main()
{
	int a = 0;
	int* p = &a;
	*p = 20;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第20张图片

4.使用free释放一块动态内存开辟的一部分

#include
#include
#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return 0;//如果是空指针就直接返回,不干了
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*p++ = i;//这个++就是bug的地方
	}
	//回收空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第21张图片

只要p不是指向申请的空间的首地址,其他地方都是错的

5.对同一块动态内存多次释放

#include
#include
#include
#include
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		return 0;
	}
	//使用
	//释放
	free(p);
	//...
	free(p);
	return 0;
}

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第22张图片

6.动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

#include
#include
#include
#include
int main()
{
	while (1)
	{
		malloc(100);
	}
	return 0;
}

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第23张图片

几个面试题

题目1

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str,"hello world");
	printf(str);//这个写法和printf("%s",str);是一样的
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

问运行Test函数会有什么样的结果

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第24张图片

修改正确

#include
#include
#include
#include
void GetMemory(char* *p)
{
	*p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str);
	strcpy(str,"hello world");	
	printf(str);//这个写法和printf("%s",str);是一样的
	free(str);//用完就释放
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第25张图片

题目2

char* GetMemory(void)
{
	char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

请问运行Test 函数会有什么样的结果

输出随机值

image-20210921163718477

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第26张图片

修改正确

既然是p被销毁了,那我们让他不销毁就可以了延长它的生命周期用static

char* GetMemory(void)
{
	static char p[] = "hello world";
	return p;
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第27张图片

题目3

void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}

这题基本和第一题一样,不过这题就只有内存泄漏的错误

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第28张图片

修改正确

#include
#include
void GetMemory(char** p, int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
	char* str = NULL;
	GetMemory(&str, 100);
	strcpy(str, "hello");
	printf(str);
	free(str);//用完就释放,防止内存泄漏
	str = NULL;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

image-20210921185134567

题目4

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}

问题非常大的打印出结果

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C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第29张图片

修改正确

#include
#include
#include

void Test(void)
{
	char* str = (char*)malloc(100);
	strcpy(str, "hello");
	free(str);//这里考查的是free释放后并没有使str为NULL,所以下面if判断就没有作用,如果使他有作用就让str为NULL
	str = NULL;
	if (str != NULL)
	{
		strcpy(str, "world");
		printf(str);
	}
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

这道题真正目的就是让你什么都不打印

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第30张图片

C/C++程序的内存开辟

C语言编程C++动态内存分配示例讲解_第31张图片

C/C++程序内存分配的几个区域:

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。

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回收 。分配方式类似于链表。

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。

代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。

以上就是C语言编程C++动态内存分配示例讲解的详细内容,更多关于C++动态内存分配的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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