C/C++內(nèi)存開(kāi)辟區(qū)域

C/C++程序內(nèi)存分配的幾個(gè)區(qū)域：

1.棧區(qū)（stack）：在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)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(yùn)行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回?cái)?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(shí)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(dòng)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(kāi)辟的空間有2個(gè)特點(diǎn)：

空間開(kāi)辟大小是固定的。

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

在頭文件stdlib.h中

malloc

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。

返回值的類型是 void* ，所以malloc函數(shù)并不知道開(kāi)辟空間的類型，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

專門(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。

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(lái)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。

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。

calloc在開(kāi)辟空間的時(shí)候會(huì)將每個(gè)字節(jié)都初始化為0，而malloc只是申請(qǐng)空間并不會(huì)初始化。我們來(lái)舉個(gè)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(lái)看一下運(yùn)行結(jié)果：

可以看到malloc開(kāi)辟空間是不初始化的，而calloc開(kāi)辟空間是初始化位為0的。

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：

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

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。

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。

針對(duì)上面的兩種情況我們?cè)谑褂胷ealloc是就要注意一點(diǎn)了，不能直接將realloc擴(kuò)增的起始地址付給原本的空間，萬(wàn)一開(kāi)辟失敗原本的空間就變得無(wú)法控制，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	//開(kāi)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(kāi)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?cè)陂_(kāi)辟內(nèi)存后一定要判斷有效性，否則會(huì)出現(xiàn)對(duì)空指針的解引用，導(dǎo)致程序崩潰。

常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存的錯(cuò)誤

對(duì)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(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

對(duì)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間進(jìn)行越界訪問(wèn)

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(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

對(duì)非動(dòng)態(tài)開(kāi)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(xiě)法也是錯(cuò)誤的，free釋放的是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟來(lái)的空間。

使用free釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存的一部分

例如：

void test()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    p++;
    free(p);
}

此時(shí)p已經(jīng)不再指向起始位置了。

對(duì)同一塊動(dòng)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(cuò)誤。

動(dòng)態(tài)開(kāi)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(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間會(huì)造成內(nèi)存泄漏。

動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間一定要釋放，并且正確釋放 。

以上就是詳解C語(yǔ)言中動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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