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1 为什么要有动态内存分配
在C语言中，一般的内存开辟方式有：
int n=20;//在栈空间上开辟4个字节
char arr[10]={10};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间上面开辟空间的方式有两个特点：
- 内存空间开辟的大小是固定的。
- 数组在声明的时候，必须指定数组的长度，数组空间一旦确定了大小就不能调整。
这样就显现出其局限性，有时候我们需要的空间大小在程序运行时才能知道，那么数组在编译时开辟空间就不能被满足了。
C/C++引入了动态内存开辟，让程序员自己可以申请和释放空间，这样就比较灵活了。下面就介绍4个有关动态内存开辟的函数。使用这些函数时，要包含头文件<stdlib.h>。
2 malloc和free
2.1 malloc
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了一块连续可用的空间，并且返回指向这块空间的指针。
- 如果开辟成功，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，具体使用的时候就需要使用者自己来做决定。
- 如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器。这种size为0的行为本身也没有意义。
下面举一个例子使用malloc：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(5*sizeof(int));//开辟20个字节的空间
if (p == NULL)//判断是否为空指针
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)//使用空间
{
*(p + i) = i + 1;
}
return 0;
}2.2 free
C语言提供了另外一个函数free，专门用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
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，那么free函数的行为是未定义的，不需要使用
- 如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不做。
举个例子，上面的malloc函数使用的代码动态内存空间使用后没有释放内存，我们就可以使用free函数来释放动态内存：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(5*sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*(p + i) = i + 1;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}3 calloc和realloc
3.1 calloc
C语言提供了一个函数叫calloc，calloc函数也用来动态内存分配，原型如下：
void* calloc(size_t num,size_t size)- 函数的功能就是开辟一个num个大小为size的元素的空间，并且把空间的每个字节都初始化成0。
- calloc函数与malloc函数的区别是calloc会在返回地址前把申请的空间的每个字节初始化成0，其他的没有区别。
举个例子介绍下calloc如何使用：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(5, sizeof(int));//开辟5个4个字节的空间
if (p == NULL)//判断
{
perror("calloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++）
{
printf("%d ", p[i]);
}
printf("\n");
free(p);//释放
p = NULL;
return 0;
}输出结果，看到初始化结果：
所以说如果我们申请的内存空间内容需要初始化时，那么可以使用calloc函数来完成任务。
3.2 realloc
- realloc函数可以让动态内存空间的管理更加的灵活。
- 如果我们觉得过去申请的空间太小了，又或者我们觉得申请的空间太大了，那么为了合理的内存空间，就要对内存空间大小做出调整。那么realloc函数就可以做到对动态内存空间大小的调整。
函数原型如下：
void* realloc（void* ptr，size_t size）;- ptr是要调整的内存地址
- size为调整后的新的内存空间大小
- 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函数在调整内存空间是存在两种情况：
情况1：原有空间之后有足够大的空间，这时扩展内存时就直接在原有内存之后追加新的空间。原来空间的数据不发生变化。
情况2：原有空间之后没有足够大的空间，这是扩展空间方法就是在堆空间上另外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的地址。
举例说明realloc的使用：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(5*sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
*(p + i) = i + 1;
}
//将空间调整为40字节
int* ptr=(int*)realloc(p, 10*sizeof(int));
if (ptr != NULL)//先将realloc函数返回值放进ptr中，不为NULL，再放ptr中
p = ptr;
else
perror("realloc");
//使用
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
4 常见的动态指针内存的错误
4.1 对NULL指针的解引用操作
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}
int main()
{
test();
return 0;
}4.2 对动态开辟空间的越界访问
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
int i = 0;
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}
int main()
{
test();
return 0;
}4.3 对非动态开辟内存使用free释放
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);//ok?
}
int main()
{
test();
return 0;
}4.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}
int main()
{
test();
return 0;
}4.5 对同一块动态参数内存多次释放
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}
int main()
{
test();
return 0;
}4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
return 0;
}忘记释放不再使用的动态开辟的空间很可能造成内存泄漏。
- 要做到谁（函数）申请的空间谁释放
- 如果不能释放，要告诉使用的人，记得释放
5 柔性数组
在C99中，结构体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。
例如：
struct S
{
int n;
int arr[];//柔性数组成员
};
5.1 柔性数组特点
- 结构体中柔性数组成员前面必须至少一个其他成员
- sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组内存
- 包含柔性数组成员的结构用malloc()函数进行动态的内存分配。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
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S
{
int n;//4
int arr[];
};
int main()
{
struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)+5 * sizeof(int));
return 0;
} 
5.2 柔性数组的使用
方式一：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S
{
int n;//4
int arr[];
};
int main()
{
struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 5 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
p->n = 10;
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
p->arr[i] = i + 1;
}
//调整空间
struct S* ptr = (struct S*)realloc(p, sizeof(struct S) + 10 * sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
}
else
{
perror("realloc");
return 1;
}
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}方式二：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S
{
int n;//4
int* arr;
};
int main()
{
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
if (ps == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
ps->arr = (int*)malloc(5*sizeof(int));
if (ps->arr == NULL)
{
return 1;
}
//使用
ps->n = 100;
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
ps->arr[i] = i + 1;
}
//调整数组大小
struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps->arr, 10 * sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{
ps->arr = ptr;
}
else
return 1;
//可以使用
//释放
free(ps->arr);
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}上述代码都可以完成同样的功能，但是方式一实现有两个好处：一是方便内存释放，内存一次性分配好了，只需要一次free就可以把所有内存释放掉，而方式二需要两次；二是方式一比方式二访问速度稍微快一些。
以上就是有关动态内存管理知识的全部内容了，如果这篇文章对你有用，可以点点赞哦，你的支持就是我写下去的动力，后续会不断地分享知识。