C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组

 前言:Hello! 我是@每天都要敲代码!今天带大家学习一下动态内存存储:malloc、free、calloc、realloc;这第一课内容很重要,特别是在数据结构中应用很广泛;我们一定要掌握!今天就让我们一步一个脚印,一块学习吧!

在这之前我们先补充一个知识点:

(1)栈区:局部变量,函数形参===》临时使用,不要开辟多大的空间!
(2)堆区:动态内存开辟(malloc free realloc calloc)!
(3)静态区(数据段):全局变量,静态变量!

动态内存存储:malloc、free、realloc、calloc引用的头文件都是

目录

1. malloc

❤️例:malloc使用

⭐️静态开辟空间的方式

⭐️动态开辟空间的方式

2. free

❤️例:free使用

3. calloc

❤️calloc和malloc函数的对比:

⭐️不同点1:参数个数不同

⭐️不同点2:有无初始化

4. realloc

❤️例:realloc使用

⭐️第一步先calloc动态开辟

⭐️第二步再realloc动态扩容

❤️例:realloc单独使用和malloc使用效果类似

5. 常见的动态内存错误

❤️5.1 对(空指针)NULL指针的解引用操作

❤️5.2 对动态开辟空间的越界访问

❤️5.3 使用free释放非动态开辟的空间

❤️5.4 使用free释放动态内存的一部分

❤️ 5.5 对同一块动态内存多次释放

❤️5.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

6. 几个经典的笔试题

❤️6.1  题目1:

⭐️修改方法1:

⭐️修改方法2:

❤️6.2  题目2:

❤️6.3  题目3:

❤️6.4  题目4:

❤️6.5  题目5:

❤️6.6  经典例题补充

7. C/C++程序的内存开辟

8. 柔型数组

8.1 柔性数组的特点

❤️例:

8.2 柔性数组的使用

❤️计算大小

❤️柔性数组的动态创建

❤️利用指针实现柔型数组的功能

9. 习题补充

❤️9.1 习题1

❤️9.2 习题2

❤️9.3 习题3


1. malloc

❤️void* malloc (size_t size);默认返回的是void*类型!

⭐️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
           (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
⭐️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。

❤️例:malloc使用

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第1张图片

⭐️静态开辟空间的方式

(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。

静态开辟的空间是在栈区上开辟的! 出了这个函数就会被销毁!

⭐️动态开辟空间的方式

 对于动态开辟的空间,我们要注意以下几点:

(1)开辟空间是以字节为单位的,比如我们要开辟10个整形的大小,实际上就是开辟40个字节;

(2)malloc默认的返回值是void*指针;所以我们在使用时,根据类型来进行强制类型转化;比如这里就强制类型转化为整型指针int*;

(3)创建好以后,一定要进行判空处理开辟成功就会返回一个指针开辟失败就会返回一个空指针NULL,此时就需要退出程序;

(4)动态开辟成功后,我们就可以使用了!使用完以后要进行free释放;并手动置位空指针NULL;不然会造成内存泄漏

动态开辟的空间是在堆区上开辟的;需要我们手动释放!

2. free

❤️void free (void* ptr)

⭐️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;简而言之就是:free只能释放动态创建的地址!
     (2)如果参数 ptr 是NULL指针,则函数什么事都不做。

❤️例:free使用

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第2张图片

正确的使用方法就是释放动态开辟的空间;例如:

 我们动态创建一个空间用指针p来接收;进行:判空、使用过后;就需要释放销毁,主要语法就是:free(p);p = NULL

总结:malloc是开辟空间,free是开辟空间;所以malloc和free一般是成对存在!

3. calloc

❤️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和malloc函数的对比:

⭐️不同点1:参数个数不同

(1)对于malloc开辟空间,我们的参数是一个:void* malloc (size_t size);比如开辟10个整型的大小:int* p = (int*)malloc( 10 * sizeof(int) );只有一个参数就是:10 * sizeof(int)!

(2)对于calloc开辟空间,我们的参数是一个:void *calloc( size_t num, size_t size );比如开辟10个整型的大小:int* p = (int*)calloc( 10 , sizeof(int) );有两个参数就是:10 和 sizeof(int)!

⭐️不同点2:有无初始化

用malloc开辟的空间,默认是随机值!用calloc开辟的而空间,默认是初始为0!

(1)对于malloc

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第3张图片

(2)对于calloc 

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第4张图片

4. realloc

当我们用malloc或者calloc动态开辟空间后;怎样继续进行扩容呢?这就需要realloc!

❤️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;返回值为调整之后的内存起始位置。
⭐️realloc在调整内存空间的是存在两种情况:
     (1)后面的空间足够返回旧的地址

     (2)后面的空间不够:1. 重新造内存创建一个新的内存空间;

                                           2. 把原来的内容拷贝下来;
                                           3. 把原来的空间释放掉; 

                                           4. 把新空间的地址返回去;
   (3)最终的返回地址不能用原来的指针进行接收;如果realloc有可能找不到合适的空间,调整大小;这是会返回NULL!

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第5张图片

❤️例:realloc使用

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第6张图片

⭐️第一步先calloc动态开辟

我们先使用calloc进行第一次的动态开辟空间;经过判空处理、使用;发现空间不够想要继续开辟新的空间;此时就需要realloc函数!

⭐️第二步再realloc动态扩容

(1)void* realloc (void* ptr, size_t size);第一个参数是旧地址,size是要再次开辟的空间大小,返回值同样是void*指针,需要我们强制类型转换!

(2)最重要的是,我们创建一个新的指针ptr去接收,不能用以前的旧指针p;因为有可能开辟失败,返回一个空指针,如果用旧的指针p接收就会使得p可能被置位空NULL!

(3)对新指针ptr进行判空处理,成功开辟,就把新的指针ptr在赋值给旧指针p;最终使用完在释放p:free(p),p = NULL就可以了!

❤️例:realloc单独使用和malloc使用效果类似

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第7张图片

如果我们直接使用realloc函数,那么才开始起始地址为NULL;后面40就是开辟空间的大小!效果不就和malloc直接开辟40个字节的大小一样?所以这里的功能就类似于malloc,就是在堆区开辟40个字节!

5. 常见的动态内存错误

❤️5.1 对(空指针)NULL指针的解引用操作

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我们开辟一个很大的空间是有可能开辟失败的!在开辟后并没有进行判空处理,直接使用,这就有可能因为开辟空间失败(返回空指针NULL)造成对空指针的解应用操作! 

❤️5.2 对动态开辟空间的越界访问

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第9张图片

我们动态开辟空间是以字节为单位的,开辟的是40个字节,实际上就是10个整型;使用时用40个字节就会造成越界访问异常! 

❤️5.3 使用free释放非动态开辟的空间

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第10张图片

我们静态创建的数组,实际上就是在栈区上创建的;不需要free来释放,栈区间里的变量除了这个函数就会被销毁!只有malloc等动态创建,在堆区间上创建的,才需要free!

❤️5.4 使用free释放动态内存的一部分

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第11张图片

释放内存的一部分,什么意思呢?我们发现*p++说明指针一直往后走的 ;p指向的就不是起始地址,此时释放p就是释放p的一部分,并没有把p的地址完全释放掉!

❤️ 5.5 对同一块动态内存多次释放

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第12张图片

这个问题一般会出现在写项目里,我们已经在函数里释放过了,结果出了函数又释放一次;这就造成了多次释放,也会使编译器出现问题!但是如果我们释放过后,立马进行置空处理(p = NULL)再二次释放就不会有问题!

❤️5.6 动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第13张图片

这种错误就很严重了!我们总是申请不释放:就会造成内存泄漏,导致死机卡顿 ;比如一个常见的现象:我们的服务器一般是不关机的,一直在跑;如果我们在跑的东西一直在申请空间确没有释放,过段时间就会使服务器宕机;然后重启后就会好了!

补充:动态开辟的空间,2种回收方式:(1)主动free        (2)程序结束

6. 几个经典的笔试题

❤️6.1  题目1:

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第14张图片

问题1: 

str传给GetMemory函数的时候是值传递,所以GetMemory函数的形参p是str的一份临时拷贝,在GetMemory函数内部动态申请空间的地址,存放在p中,不会影响外边str,所以当GetMemory函数返回之后,str依然是NULL。所以strcpy拷贝会失败。

问题2: 

没有free释放,当GetMemory函数返回之后,形参p销毁,使得动态开辟的100个字节存在内存泄漏。

⭐️修改方法1:

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我们就改成传址调用,利用二级指针接收!这样对形参的改变就会影响实参,此时把动态申请的空间交给指针p,其实就是给str!最后用完还要进行释放!

⭐️修改方法2:

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第16张图片

不用传址调用怎么办呢?这就需要利用return指针返回来,这时我们还是用一级指针接收!因为是动态开辟的空间实际上是在堆区上开辟的,需要手动才销毁;我们把这个地址利用return带回来,然后在利用一个指针就接收就可以了!

比如:这种方法就可以应用在带头循环双链表中给头结点开辟空间,就可以利用return返回值的方式,避免使用二级指针!

❤️6.2  题目2:

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第17张图片

问题: 

同样是利用return返回值的方式,这里为什么就不行了呢?GetMemory函数内部创建的数组是在栈区上创建的,出了函数,p数组的空间就还给了操作系统,返回的地址是没有实际意义的,如果通过返回的地址,去访问内存就是非法访问内存!

❤️6.3  题目3:

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第18张图片

 问题:

看着好像是没什么问题,是传址调用,二级指针接收;主要就是,没有释放空间!free(str),str = NULL!

❤️6.4  题目4:

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第19张图片

问题:

str已经释放了,下面就不能在访问,在访问就属于非法访问内存;为了避免这种错误发生:free过后一定要手动置空 str=NULL

❤️6.5  题目5:

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第20张图片

问题: 

(1)x是局部变量,在栈区上创建,出了这个范围,就把内存释放了,return(&x)没有实际意义!
(2)指针ptr才开始没有初始化,是野指针,里面放的随机值!

❤️6.6  经典例题补充

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第21张图片

解析: 

(1)对于#define定义符号,相当于替换,所以是int*a,b===>*说明a是指针,类型是整型;对于b只能说明是整型!所以如果我们要是一下子定义两个指针int*a,*b要写成这种形式。
(2)typedef是类型重定义,代表着一种类型;把int*起个别名叫int_ptr;所以c,d都是指针类型

7. C/C++程序的内存开辟

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第22张图片

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。
补充:static关键字修饰局部变量的例子解释
实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的,栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。但是被static修饰的变量存放在数据段(静态区),数据段的特点是在上面创建的变量,直到程序结束才销毁所以生命周期变长1

8. 柔型数组

C99 中,结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组,这就叫做『柔性数组』成员。

8.1 柔性数组的特点

(1)结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员

(2)sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存
(3)包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配,并且分配的内存应该大于结构的大小,以适应柔性数组的预期大小。

(4)柔型数组开辟的空间都是在堆上开辟的!

❤️例:

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第23张图片

8.2 柔性数组的使用

❤️计算大小

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第24张图片

❤️柔性数组的动态创建

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第25张图片

 (1)对于柔型数组的动态开辟空间,是用结构体指针(struct S* ps)进行接收;对于大小主要包括两部分:

        一是n的大小创建,我们就用sizeof(struct S),这算的就是除柔性数组以外的大小;

        二是柔型数组的动态开辟;其实就是开辟10个整型,我们就用10*sizeof(int);

(2)成功开辟后就使用,通过指针ps来查看内存发现已经被赋值;

(3)用完了,我们就用realloc进行扩容,这也就体现了柔性数组的特点,大小是可变的;我们用一个新的指针ptr进行接收,扩容成功后;把新指针ptr赋值给旧指针ps;

(4)最后在进行ps指针的释放,free(ps),ps = NULL ;

❤️利用指针实现柔型数组的功能

为了保证和柔性数组一样的性质,都是在堆上开辟的!我们所有的都需要用malloc开辟空间;柔型数组是一个malloc整体一块开辟的;用指针代替柔性数组,就要分开开辟:一个开辟除指针以外的大小的而空间;一个开辟指针所需大小的空间!

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第26张图片

 (1)利用指针代替柔型数组;实际上就是从一步到两步的过程;柔性数组只需要一次malloc;而指针形式就需要两次malloc;两次malloc就需要两次free;

(2)第一次malloc是动态创建除指针以外所需的空间;第二次malloc是动态创建指针所需大小的空间;

(3)成功开辟后就使用,通过指针ps->arr来查看内存发现已经被赋值;

(4)用完了,我们就用realloc进行扩容,我们就只需要对指针部分进行扩容;我们用一个新的指针ptr进行接收,扩容成功后;把新指针ptr赋值给旧指针ps->arr;

(5)最后在进行ps->arr指针和ps指针的释放,free(ps->arr),ps->arr = NULL ;free(ps),ps = NULL

9. 习题补充

❤️9.1 习题1

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第27张图片

看着图形很简单,就打印两个对角线的位置;但是也要从中找到不变的量:一个对角线是i == j这个很容易看出来,另一条对角线呢?其实就是 i+j = n-1

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第28张图片

❤️9.2 习题2

首先我们要理清楚规律:1、3、5、7、8、10、12 是31天;4、6、9、11是30天;如果是平年2月份是28天,如果是闰年二月份是29天!31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31!

我们发现对于月份好像也没什么规律,都是有奇数也有偶数;数据也不多,不妨就写成数组的形式!

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第29张图片

❤️9.3 习题3

我们在插入的时候,就面临一个问题:从前往后插还是从后往前插?如果从前往后插我们移动数据时就会造成数据的覆盖;所以我们就从后往前插入!

C语言进阶篇5---》动态存储和柔性数组_第30张图片

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