詳解C語言中動態(tài)內(nèi)存管理
C/C++內(nèi)存開辟區(qū)域
C/C++程序內(nèi)存分配的幾個區(qū)域:
1.棧區(qū)(stack):在執(zhí)行函數(shù)時,函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建,函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運算內(nèi)置于處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內(nèi)容量有限。 棧區(qū)主要存放運行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回數(shù)據(jù)、返回地址等。
2.堆區(qū)(heap):一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時可能由OS回收 。分配方式類似于鏈表。
3.數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū))(static)存放全局變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。
4.代碼段:存放函數(shù)體(類成員函數(shù)和全局函數(shù))的二進(jìn)制代碼。
為什么存在動態(tài)內(nèi)存分配?
我們平常創(chuàng)建的變量和數(shù)組都是在棧上創(chuàng)建的,但是他們開辟的空間有2個特點:
空間開辟大小是固定的。
數(shù)組在申明的時候,必須指定數(shù)組的長度,它所需要的內(nèi)存在編譯時分配。
但是對于空間的需求,不僅僅是上述的情況。有時候我們需要的空間大小在程序運行的時候才能知道,那數(shù)組的編譯時開辟空間的方式就不能滿足了。 這時候就只能試試動態(tài)存開辟了。
動態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹
在頭文件stdlib.h中
malloc
void* malloc (size_t size);
這個函數(shù)向內(nèi)存申請一塊連續(xù)可用的空間,并返回指向這塊空間的指針。
如果開辟成功,則返回一個指向開辟好空間的指針。
如果開辟失敗,則返回一個NULL指針,因此malloc的返回值一定要做檢查。
返回值的類型是 void* ,所以malloc函數(shù)并不知道開辟空間的類型,具體在使用的時候使用者自己來決定。
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
專門是用來做動態(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)用來釋放動態(tài)開辟的內(nèi)存。
如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動態(tài)開辟的,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。
代碼演示:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* p = (int*)malloc(40); if (p == NULL) //這里的判斷是很有必要的 { return; } for (int i = 0; i < 10; i++) { p[i] = 0 + i; } free(p); p = NULL; //防止出現(xiàn)野指針 return 0; }
calloc
void* calloc (size_t num, size_t size);
calloc 函數(shù)也用來動態(tài)內(nèi)存分配。
函數(shù)的功能是為 num 個大小為 size 的元素開辟一塊空間,并且把空間的每個字節(jié)初始化為0。
與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節(jié)初始化為全0。
calloc在開辟空間的時候會將每個字節(jié)都初始化為0,而malloc只是申請空間并不會初始化。我們來舉個例子:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int* pa = (int*)malloc(40); if (pa == NULL) { perror("malloc"); return; } int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d\n", pa[i]); } free(pa); pa = NULL; int* pb = (int*)calloc(10, 4); if (pb == NULL) { perror("malloc"); return; } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", pb[i]); } free(pb); pb = NULL; return 0; }
我們來看一下運行結(jié)果:
可以看到malloc開辟空間是不初始化的,而calloc開辟空間是初始化位為0的。
realloc
realloc函數(shù)的出現(xiàn)讓動態(tài)內(nèi)存管理更加靈活。
有時會我們發(fā)現(xiàn)過去申請的空間太小了,有時候我們又會覺得申請的空間過大了,那為了合理的時候內(nèi)存,我們一定會對內(nèi)存的大小做靈活的調(diào)整。那 realloc 函數(shù)就可以做到對動態(tài)開辟內(nèi)存大小的調(diào)整。
函數(shù)原型:
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。
這個函數(shù)調(diào)整原內(nèi)存空間大小的基礎(chǔ)上,還會將原來內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動到新的空間。
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:原有空間之后沒有足夠大的空間
當(dāng)是情況1的時候,要擴(kuò)展內(nèi)存就直接原有內(nèi)存之后直接追加空間,原來空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化。
當(dāng)是情況2 的時候,原有空間之后沒有足夠多的空間時,擴(kuò)展的方法是:在堆空間上另找一個合適大小的連續(xù)空間來使用。這樣函數(shù)返回的是一個新的內(nèi)存地址。
針對上面的兩種情況我們在使用realloc是就要注意一點了,不能直接將realloc擴(kuò)增的起始地址付給原本的空間,萬一開辟失敗原本的空間就變得無法控制,導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。例如:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { //開辟空間 int* pa = (int*)malloc(40); //判斷有效性 if (pa == NULL) { perror("malloc"); return; } //使用 for (int i = 0; i < 10; i++) { pa[i] = i; } //擴(kuò)容 int* ptr = (int*)realloc(pa, 60); //判斷是否開辟成功 if (ptr == NULL) { perror("realloc"); free(pa); pa = NULL; return; } //成功將起始地址給pa pa = ptr; //使用 for (int i = 0; i < 15; i++) { printf("%d ", pa[i]); } //使用完后釋放空間 free(pa); pa == NULL; return 0; }
總而言之,我們在開辟內(nèi)存后一定要判斷有效性,否則會出現(xiàn)對空指針的解引用,導(dǎo)致程序崩潰。
常見的動態(tài)內(nèi)存的錯誤
對NULL解引用操作
例如:
void test() { int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4); *p = 20; free(p); }
如果p是NULL就會出現(xiàn)問題。
對動態(tài)開辟的空間進(jìn)行越界訪問
例如:
void test() { int* pa = (int*)malloc(40); //判斷有效性 if (pa == NULL) { perror("malloc"); return; } //使用 for (int i = 0; i <= 10; i++) { pa[i] = i; } }
這里當(dāng) i = 10 時就會出現(xiàn)問題。
對非動態(tài)開辟的空間進(jìn)行free釋放
例如:
int main() { int a = 0; int* pa = &a; free(pa); return 0; }
這種寫法也是錯誤的,free釋放的是動態(tài)開辟來的空間。
使用free釋放動態(tài)開辟內(nèi)存的一部分
例如:
void test() { int* p = (int*)malloc(40); p++; free(p); }
此時p已經(jīng)不再指向起始位置了。
對同一塊動態(tài)內(nèi)存進(jìn)行多次釋放
例如:
void test() { int* p = (int*)malloc(40); free(p); free(p); }
這里也是非常嚴(yán)重的錯誤。
動態(tài)開辟的內(nèi)存忘記釋放
例如:
void test() { int* p = (int*)malloc(100); if (NULL != p) { *p = 20; } } int main() { test(); while (1); }
忘記釋放不再使用的動態(tài)開辟的空間會造成內(nèi)存泄漏。
動態(tài)開辟的空間一定要釋放,并且正確釋放 。
以上就是詳解C語言中動態(tài)內(nèi)存管理的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于C語言動態(tài)內(nèi)存管理的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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