C語(yǔ)言深入細(xì)致講解動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理
為什么存在動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理
我們已經(jīng)掌握的內(nèi)存開(kāi)辟方式有:
int val = 20;//在??臻g上開(kāi)辟四個(gè)字節(jié)
char arr[10] = { 0 };//在??臻g上開(kāi)辟10個(gè)字節(jié)的連續(xù)空間
但是上述的開(kāi)辟空間的方式有兩個(gè)特點(diǎn):
1. 空間開(kāi)辟大小是固定的。
2. 數(shù)組在申明的時(shí)候,必須指定數(shù)組的長(zhǎng)度,它所需要的內(nèi)存在編譯時(shí)分配。 但是對(duì)于空間的需求,不僅僅是上述的情況。有時(shí)候我們需要的空間大小在程序運(yùn)行的時(shí)候才能知道, 那數(shù)組的編譯時(shí)開(kāi)辟空間的方式就不能滿足了。 這時(shí)候就只能試試動(dòng)態(tài)存開(kāi)辟了。
動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹
malloc
C語(yǔ)言提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)存開(kāi)辟的函數(shù):
void* malloc(size_t size);
這個(gè)函數(shù)向內(nèi)存申請(qǐng)一塊連續(xù)可用的空間,并返回指向這塊空間的指針。
如果開(kāi)辟成功,則返回一個(gè)指向開(kāi)辟好空間的指針。 如果開(kāi)辟失敗,則返回一個(gè)NULL指針,因此malloc的返回值一定要做檢查。 返回值的類(lèi)型是 void* ,所以malloc函數(shù)并不知道開(kāi)辟空間的類(lèi)型,具體在使用的時(shí)候使用者自己 來(lái)決定。 如果參數(shù) size 為0,malloc的行為是標(biāo)準(zhǔn)是未定義的,取決于編譯器。
free
講完了malloc這個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)我們就得來(lái)講講另一個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)free,C語(yǔ)言提供的另外一個(gè)函數(shù)free,專(zhuān)門(mén)是用來(lái)做動(dòng)態(tài)內(nèi)存的釋放和回收的,函數(shù)原型如下:
void free (void* ptr);
free函數(shù)用來(lái)釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的內(nèi)存。 如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的,那free函數(shù)的行為是未定義的。 如果參數(shù) ptr 是NULL指針,則函數(shù)什么事都不做。 malloc和free都聲明在 stdlib.h 頭文件中。
舉個(gè)例子來(lái)看看這兩個(gè)函數(shù)怎么用:
#include <stdio.h> int main() { int num = 0; scanf("%d", &num); int arr[num] = { 0 }; int* ptr = NULL; ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int)); if (NULL != ptr) { int i = 0; for (i = 0; i < num; i++) { *(ptr + i) = 0; } } free(ptr); ptr = NULL; return 0; }
calloc
除了malloc這個(gè)函數(shù),C語(yǔ)言還提供了一個(gè)函數(shù)叫 calloc , calloc 函數(shù)也用來(lái)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。原型如下:
void* calloc (size_t num, size_t size);
該函數(shù)的功能是為 num 個(gè)大小為 size 的元素開(kāi)辟一塊空間,并且把空間的每個(gè)字節(jié)初始化為0。
與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會(huì)在返回地址之前把申請(qǐng)的空間的每個(gè)字節(jié)初始化為全0。
舉個(gè)例子:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if (NULL != p) { int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } } free(p); p = NULL; return 0; }
總結(jié):所以如何我們對(duì)申請(qǐng)的內(nèi)存空間的內(nèi)容要求初始化,那么可以很方便的使用calloc函數(shù)來(lái)完成任務(wù)。
realloc
realloc函數(shù)的出現(xiàn)讓動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理更加靈活。 有時(shí)會(huì)我們發(fā)現(xiàn)過(guò)去申請(qǐng)的空間太小了,有時(shí)候我們又會(huì)覺(jué)得申請(qǐng)的空間過(guò)大了,那為了合理的時(shí) 候內(nèi)存,我們一定會(huì)對(duì)內(nèi)存的大小做靈活的調(diào)整。那 realloc 函數(shù)就可以做到對(duì)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存大小 的調(diào)整。 函數(shù)原型如下:
void* realloc (void* ptr, size_t size);
ptr 是要調(diào)整的內(nèi)存地址
size 調(diào)整之后新大小
返回值為調(diào)整之后的內(nèi)存起始位置。
這個(gè)函數(shù)調(diào)整原內(nèi)存空間大小的基礎(chǔ)上,還會(huì)將原來(lái)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動(dòng)到 新 的空間。 realloc在調(diào)整內(nèi)存空間的是存在兩種情況:
情況1:原有空間之后有足夠大的空間
情況2:原有空間之后沒(méi)有足夠大的空間
情況1
當(dāng)是情況1 的時(shí)候,要擴(kuò)展內(nèi)存就直接原有內(nèi)存之后直接追加空間,原來(lái)空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化。 情況2
當(dāng)是情況2 的時(shí)候,原有空間之后沒(méi)有足夠多的空間時(shí),擴(kuò)展的方法是:在堆空間上另找一個(gè)合適大小 的連續(xù)空間來(lái)使用。這樣函數(shù)返回的是一個(gè)新的內(nèi)存地址。 由于上述的兩種情況,realloc函數(shù)的使用就要注意一些。
舉個(gè)例子:
int main() { int* ptr = (int*)malloc(100); if (ptr != NULL) { //業(yè)務(wù)處理 } else { perror("malloc)//打印錯(cuò)誤信息; } //擴(kuò)展容量 //代碼1 ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//這樣可以嗎?(如果申請(qǐng)失敗會(huì)如何?) //代碼2 int* p = NULL; p = realloc(ptr, 1000); if (p != NULL) { ptr = p; } //業(yè)務(wù)處理 free(ptr); return 0; }
常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存錯(cuò)誤
對(duì)NULL指針的解引用操作
void test() { int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4); *p = 20;//如果p的值是NULL,就會(huì)有問(wèn)題,所以在這之前我們需要對(duì)返回值進(jìn)行判斷 free(p); p=NULL; }
正確寫(xiě)法:
void test() { int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4); if(p!=NULL) { *p = 20; } free(p); p=NULL; }
對(duì)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟空間的越界訪問(wèn)
void test() { int i = 0; int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int)); if(NULL == p) { perror("malloc)//打印錯(cuò)誤信息; } for(i=0; i<=10; i++) { *(p+i) = i;//當(dāng)i是10的時(shí)候越界訪問(wèn) } free(p); }
正確寫(xiě)法:
void test() { int i = 0; int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int)); if(NULL == p) { perror("malloc)//打印錯(cuò)誤信息; } for(i=0; i<10; i++) { *(p+i) = i;//當(dāng)i是10的時(shí)候越界訪問(wèn) } free(p); }
對(duì)非動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存使用free訪問(wèn)
void test() { int a = 10; int *p = &a; free(p);//p指向的是非動(dòng)態(tài)內(nèi)存,free只能用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存的釋放 }
使用free 釋放一塊動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存的一部分
void test() { int *p = (int *)malloc(100); p++; free(p);//p不再指向動(dòng)態(tài)內(nèi)存的起始位置 }
free函數(shù)要從動(dòng)態(tài)內(nèi)存的起始地址開(kāi)始釋放
對(duì)一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存多次釋放
void test() { int *p = (int *)malloc(100); free(p); p=NULL; free(p);//重復(fù)釋放 p=NULL; }
對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)存開(kāi)辟忘記釋放
void test() { int *p = (int *)malloc(100); if(NULL != p) { *p = 20; } } int main() { test(); while(1); }
動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存如果忘記釋放會(huì)造成內(nèi)存泄漏。所以開(kāi)辟的空間在用完之后一定記得釋放,并且正確釋放。
接下來(lái)再來(lái)看看一個(gè)題目,也是一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤:
char *GetMemory(void) { char p[] = "hello world"; return p; } void Test(void) { char *str = NULL; str = GetMemory(); printf(str); }
柔性數(shù)組
或許你從來(lái)沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)柔性數(shù)組(flexible array)這個(gè)概念,但是它確實(shí)是存在的。 C99 中,結(jié)構(gòu)中的最后一個(gè)元素允許是未知大小的數(shù)組,這就叫做『柔性數(shù)組』成員。
例如:
typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性數(shù)組成員 }type_a;
有些編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)無(wú)法編譯可以改成:
typedef struct st_type { int i; int a[];//柔性數(shù)組成員 }type_a;
柔性數(shù)組的特點(diǎn):
結(jié)構(gòu)中的柔性數(shù)組成員前面必須至少一個(gè)其他成員。
sizeof 返回的這種結(jié)構(gòu)大小不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存。
包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用malloc ()函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配,并且分配的內(nèi)存應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)的大 小,以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小。
舉個(gè)例子:
typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性數(shù)組成員 }type_a; int main() { printf("%d\n", sizeof(type_a));//輸出的是4 return 0; }
柔性數(shù)組的使用:
typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性數(shù)組成員 }type_a; int main() { int i = 0; type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int)); //業(yè)務(wù)處理 p->i = 100; for(i=0; i<100; i++) { p->a[i] = i; } free(p); p=NULL; return 0; }
這樣柔性數(shù)組成員a,相當(dāng)于獲得了100個(gè)整型元素的連續(xù)空間。
柔性數(shù)組的優(yōu)勢(shì):
//非柔性數(shù)組開(kāi)辟空間 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)); //業(yè)務(wù)處理 for(i=0; i<100; i++) { p->p_a[i] = i; } //釋放空間 free(p->p_a); p->p_a = NULL; free(p); p = NULL; return 0; }
//柔性數(shù)組開(kāi)辟空間 typedef struct st_type { int i; int a[0];//柔性數(shù)組成員 }type_a; int main() { int i = 0; type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int)); //業(yè)務(wù)處理 p->i = 100; for(i=0; i<100; i++) { p->a[i] = i; } free(p); p=NULL; return 0; }
上述 代碼1 和 代碼2 可以完成同樣的功能,但是 方法2 的實(shí)現(xiàn)有兩個(gè)好處:
第一個(gè)好處是:方便內(nèi)存釋放 如果我們的代碼是在一個(gè)給別人用的函數(shù)中,你在里面做了二次內(nèi)存分配,并把整個(gè)結(jié)構(gòu)體返回給 用戶。用戶調(diào)用free可以釋放結(jié)構(gòu)體,但是用戶并不知道這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員也需要free,所以你 不能指望用戶來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)事。所以,如果我們把結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存以及其成員要的內(nèi)存一次性分配好 了,并返回給用戶一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針,用戶做一次free就可以把所有的內(nèi)存也給釋放掉。
第二個(gè)好處是:這樣有利于訪問(wèn)速度. 連續(xù)的內(nèi)存有益于提高訪問(wèn)速度,也有益于減少內(nèi)存碎片
小結(jié)
以上就是我對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理的理解,如有錯(cuò)誤,請(qǐng)大家指正,我們一起學(xué)習(xí)。
到此這篇關(guān)于C語(yǔ)言深入細(xì)致講解動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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