本关Boss：
1.什么是动态内存分配
2.动态内存函数：
malloc
free
calloc
realloc
3.常见的动态内存错误
4.笔试题
5.柔性数组
目录
1. 什么是动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟方式有：
int val = 20; //在栈空间上开辟四个字节
char 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：
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，
那么数组在编译时开辟空间的方式就不能满足了。
2. 动态内存函数的介绍
2.1 malloc
void* malloc (size_t size);
这个函数就是向内存申请一块连续可用的空间，并返回这块空间的指针。
使用malloc函数需要引入头文件：stdlib.h
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。
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。
4.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
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
int num = 0;//向内存申请4个字节的空间
int arr[10];//向内存申请40个字节的空间
int* p = (int*)malloc(40);//向内存申请40个字节的空间
//我们一般用int*类型来接受malloc的返回值，
//因为malloc返回值是void*，所以需要强制转换
if (p == NULL)//如果申请失败会返回空指针，所以需要进行判断一次
{
printf("%s\n", strerror(errno));//一种返回错误的方法
return 1;
}
return 0;
}像 int num，int arr[10] 这些静态内存是在栈区里面开辟的
栈区里面开辟的空间，进栈时创建，出栈时释放
而像 malloc 这样的动态内存时在堆区里面开辟的
堆区里面开辟的空间，只有在程序结束时才自动释放，一般都需要用free函数手动释放
2.2 free
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：
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。
2.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。
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
int* ptr = p;
if (p == NULL)
{
printf("动态内存p申请失败\n");
return 1；
}
//使用：
int i = 0;
for (i = 0;i < 10;i++)
{
*p = i;
p++;
}
free(p);//释放p是错的
//因为p在使用的过程中发生了改变，不是动态申请空间的首元素地址
//而free需要传入动态开辟空间的首地址，才能释放干净、
//所以需要将首元素地址保留下来
free(ptr);
ptr = NULL;//这里需要把ptr再置为空，否则会出现野指针
return 0;
}2.3 calloc
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：
void* calloc (size_t num, size_t size);
1.函数的功能是：把 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。
2.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。
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
//这里一般都用sizeof（类型）来输入，因为不用平台各类大小可能不一样
//跟malloc一样返回值是void*，需要强制类型转换
int i = 0;
if (p == NULL)
{
perror("calloc");//另一种返回错误的方法
return 1;
}
for (i = 0;i < 10;i++)
{
*(p + i) = i; //这与数组类似，可以通过 *（p+i）的方式找到下标元素
//这样做的好处是防止p地址的改变
}
free(p);
p=NULL;
return 0;
}2.4 realloc
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 realloc 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：
void* realloc (void*ptr, size_t size);
把原来ptr的内存调整为size的大小
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)//判断malloc是否开辟失败
{
return 1;
}
int i = 0;
for (i = 0;i < 10;i++)
{
printf("%d ", *(p + i) = i);
}
//现在空间用完了，如果还需要增加空间
int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
//当realloc开辟失败的时候，返回的是NULL
if (ptr != NULL)//这里现用ptr来进行验证，看realloc是否开辟成功
{
p = ptr;//开辟成功后再将其地址转给p，否则开辟失败的话，p原本开辟的空间也会丢失
ptr = NULL;//如果下面的代码不再用ptr，则将其置为空
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}1.ptr 是要调整的内存地址
2.size 调整之后新大小
3.返回值为调整之后的内存起始位置。
4.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。
5.realloc在调整内存空间的是存在两种情况：情况1：原有空间之后又足够大的空间
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：原有空间之后没有足够大的空间
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。
3. 常见的动态内存错误
3.1对NULL指针的解引用操作
int main()
{
int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
p=NULL;
return 0;
}这里应该先要判断malloc函数开辟空间是否成功，calloc和realloc也一样
正确写法：
int main()
{
int* p = (int*)malloc(10);
if (p == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
else
{
*p = 5;
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}3.2 对动态开辟空间的越界访问
int main()
{
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL)
return 1;
//使用
int i = 0;
for (i = 0;i < 20;i++)
{
*(p + i) = i;//注意malloc开辟的空间
//这里会发生越界访问
}
//释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}3.3 对非动态开辟内存使用free释放
int main()
{
int num = 10;
int* p = #
free(p);//只能释放动态的，不然会崩掉
p = NULL;
return 0;
}3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
return 1;
int i = 0;
for (i = 0;i < 20;i++)
{
*p = i;
p++;
}
free(p);
//这里p的起始地址发生了改变，不再指向动态内存的起始位置,会发生错误
p = NULL;
return 0;
}3.5 对同一块动态内存多次释放
int main()
{
int* p = (int*)malloc(40);
if (p == NULL)
return 1;
int i = 0;
for (i = 0;i < 20;i++)
{
*(p + i) = i;
}
free(p);
//如果将p=NULL那么下面的free将不会发生错误
//所以在每次free之后记得置空
//....
free(p);//如果两次释放相同内存也会出错
p = NULL;
return 0;
}3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
int* get_memory()
{
int* p = (int*)malloc(40);
//......
return p;
}
int main()
{
int* ptr = get_memoty();
//这里在调用后记得及时free(ptr),否则会发生错误
//忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
return 0;
}切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放！
4. 几个经典的笔试题
4.1：请问运行Test 函数会有什么样的结果？
void GetMemory(char* p)
{
p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}会出错，
错误1：没有对动态开辟的内存进行释放
错误2：GetMemory(str); str传入的形参，所以str不会发生改变。
错误3：strcpy(str, "hello world"); 因为str仍为空，这里会发生内存访问出错，
修改：
void GetMemory(char** p) { p = (char*)malloc(100); } void Test(void) { char* str = NULL; GetMemory(&str); strcpy(str, "hello world"); printf(str); free(str); str = NULL; } int main() { Test(); return 0; }
4.2：运行Test 函数会有什么样的结果？
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}会打印随机值
因为 char p[] = "hello world"; 再出了其作用域GetMemory函数后会被销毁
return p；返回的是栈空间的地址。容易出错！
其返回的地址里面的东西将被系统删除
这种问题叫做：返回栈空间地址问题！！！
记得栈上的空间，出了作用域会被销毁
如何修改？
可以给char p[] = "hello world"前加上 static，以防止被销毁
4.3运行Test 函数会有什么样的结果？
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
int main()
{
Test();
return 0;
}会打印hello，但是没有free(str）会发生内存泄漏
4.4运行Test 函数会有什么样的结果？
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if (str != NULL) //str已经被free掉，而且没有置空，所以是野指针
{ //会发生非法访问
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
5. C/C++程序的内存开辟
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。
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。
6. 柔性数组
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。
struct s
{
int n;
float s;
int arr[];//柔性数组成员
//结构体最后一个成员为数组，且未知大小
//若结构体成员只有一个，且为数组时，则不算时柔性数组
};
struct a
{
int a[];//这就不是柔性数组
};
int main()
{
printf("%d", sizeof(struct s));//8,柔性数组的大小并没有被算进去
return 0;
}
6.1 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。
6.2 柔性数组的使用
struct S
{
int n;
float s;
int arr[];//[柔性]数组成员
//差不多就是利用malloc让该数组可大可小
};
int main()
{
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)+sizeof(int)*4);
if (ps == NULL)
{
return 1;
}
ps->n = 100;
ps->s = 5.5f;
int i = 0;
for (i = 0; i < 4; i++)
{
scanf("%d", &(ps->arr[i]));
}
printf("%d %f\n", ps->n, ps->s);
for (i = 0; i < 4; i++)
{
printf("%d ", ps->arr[i]);
}
//调整
struct S*ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S)+10*sizeof(int));
if (ptr == NULL)
{
return 1;
}
else
{
ps = ptr;
}
//释放
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}6.3 柔性数组的优势
上述的柔性数组的创建也可以用一下代码实现：
typedef struct st_type
{
int i;
int* p_a;
}type_a;
int main()
{
type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int*)malloc(p->i * sizeof(int));
//业务处理
for (i = 0; i < 100; i++)
{
p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}可以看出这样写代码需要在一次malloc开辟的空间里面继续malloc一块空间，
并且在free的时候，需要将两次开辟的空间全都给free掉
柔性数组的优势：
1.使用的人不清楚
如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望用户来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好了，并返回给用户一个结构体指针，用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。
2.这样有利于访问速度.
连续的内存有益于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。