练习使用动态内存相关的4个函数：malloc、calloc、realloc、free

在了解使用动态内存相关的四个函数之前，我们先了解一下，为什么要有动态内存分配？

首先，我们已经掌握了一种开辟内存的方式，就是直接使用int i=20;但是这样开辟空间有两个特点，1：空间开辟大小是固定的，2：数组在创建时，必须设定数组的长度，数组空间的大小一旦确定就不能更改

可以申请和释放空间，这样就⽐较灵活了

malloc

void* malloc (size_t size);

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。

如果开辟成功，返回一个开辟成功的指针。

如果失败，则返回NULL。因此，在malloc使用之前必须检查是否为空指针。

返回类型为void*，因此，返回的类型由自己来决定。同时，size为0的时候，malloc的行为是标准未定义的，这取决于编译器。

free

free函数是专门用来做动态内存的释放和回收的。

void free (void* ptr);

free函数用来做动态内存的释放，如果ptr指向的空间不是动态内存，那么free的行为就是标准未定义的。如果ptr指向的空间为空，那么free什么事都不做。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头⽂件中。

传递给free的是要释放空间的起始地址，例如下面的案例，传递的不是起始地址，就无法释放：

在free之后一定要置为空，否则会造成一些意想不到的灾难。

calloc

calloc的初始化如下：void* calloc (size_t num, size_t size); 它为每个大小为size的num字节开辟空间，并初始化为0。其与malloc的区别是它会将所有字节初始化为0。

realloc

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，那为了合理的时 候内存，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。

函数的原型如下：

void* realloc (void* ptr, size_t size); ptr是要调整的内存地址，size为调整后的大小。返回值为调整后内存的起始位置。

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在调整内存空间的是存在两种情况：  情况1：原有空间之后有⾜够⼤的空间，空间续上，然后再返回起始空间的地址就可以了 情况2：原有空间之后没有⾜够⼤的空间

如果是情况一，增加空间直接追加在原有空间后面。 原有数据位置不发生变化，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。（满足新的大小要求）会将原来的数据拷贝一份到新的空间，释放旧的空间（realloc会主动把这块空间释放掉）。这样函数返回的是⼀个新的内存地址。

还有一种情况，调整失败，返回的是空指针。如下：

如果realloc调整失败了，空指针放到p里面，p原来还维护20个字节，现在20个字节释放了，也找不到了。

所以选择用新的指针ptr来接收新的空间地址

realloc函数可以完成和malloc一样的功能：

realloc（NULL，20);==malloc(20); 

下面举一个失败的案例：

  not enough space

动态内存的常见错误：

1对NULL指针的解引⽤操作

void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}

原因：malloc的返回值需要判断

修改：

void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
if(p==NULL)
{
    perror("malloc");
    return 1;
}
assert(p);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}

对动态开辟空间的越界访问

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);
}

对⾮动态开辟内存使⽤free释放，是不能够运行的

使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

必须是起始位置，报错。

对同一块动态内存多次释放

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}

在释放完之后，及时把p置为空指针。

动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
}

在test函数运行完成之后，就找不到malloc的一百个空间了。一旦出去，局部变量就销毁了。不用也不释放，就造成了内存泄漏的问题。

malloc，realloc，calloc申请的空间如果不想使用，都可以使用free来释放，当程序结束的时候，也会由操作系统释放。

尽量做到：谁申请的空间谁释放，如果不能释放，要告诉使用的人记得释放。

malloc和free成对出现。

但是架不住指针的空间可能提前释放，如下:

动态内存经典笔试题分析

 str为空指针。GetMemory本身是传值调用，p内也是NULL。malloc出空间的地址放到p指针中，p销毁，还给操作系统。当回来的时候，str依然为空指针。空指针没有指向有效的空间，

当结束最上面一个程序运行的时候，str的空间已经还给操作系统了，str已经是空指针了。出现对空指针的解引用操作，程序崩溃，不会打印。

那么如果对这个程序进行修改，使其正确呢？那么我们把str的地址传给GetMemory，char*是一级指针变量，那么要用二级指针接收

我们对修改后的程序，进行解释。

首先 创建一个指针，叫作str。str里储存一个空指针NULL。p指针里储存了一个地址，就是ptr的地址，指向ptr。而p malloc出100个空间的大小，所以相当于str指向这块空间。

这个代码有什么问题呢？ p所指向的空间还给操作系统。

上面这个代码，应该free(str);之后把str置为空。

如上图所示，在free之后置为空。 

柔性数组

柔性数组有哪些特点呢？

结构中的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的内存。

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。

柔性数组的使用：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
p->a[i] = i;
}
free(p);
return 0;
}

 用realloc让数组变大变小

柔性数组的优势：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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;
}

上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是 ⽅法1 的实现有两个好处： 第⼀个好处是：⽅便内存释放 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，所以你不能依靠用户来发现这个事。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。 第⼆个好处是：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。