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社区首页 >专栏 >C语言动态内存管理

C语言动态内存管理

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趙卋傑
发布于 2026-01-12 14:44:44
发布于 2026-01-12 14:44:44
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动态内存管理

全局变量——在静态区开辟内存

局部变量——在 栈区开辟内存

内存使用情况：

1.动态内存分配的原因

代码语言：javascript
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int val =20;         //在栈空间上开辟4个字节
char arr[10]={0};   //在栈空间上开辟10个字节的连续空间

空间开辟⼤⼩是固定的。

数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整 。

所以抛出问题，我们需要的空间⼤⼩在程序运⾏的时候才能知道，那数组的编译时开辟空间的⽅式就不能满⾜了，所以就有了动态内存开辟的概念

2.动态内存函数的介绍

malloc和free都声明在 stdlib.h 头⽂件中。

2.1 malloc函数介绍

函数的功能： 开辟一个内存块

函数的参数： 开辟空间的字节大小

函数的返回类型： void * 空指针类型

• 如果开辟成功，则返回⼀个指向开辟好空间的指针。

• 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。

• 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。

• 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。

2.2 free函数介绍

free函数是专⻔⽤来做动态内存的释放和回收的，当我们使用malloc函数申请空间不再使用的时候，就应该还给操作系统

• 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。

• 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

代码语言：javascript
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free(p);
p=NULL;

例：

代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        *(p + i) = i;
    }
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", *(p + i));
    }
    free(p);//释放ptr所指向的动态内存
    p = NULL;//是否有必要？
    return 0;
}

我们通过调试发现通过free函数将malloc函数开辟的空间释放后，p依然能找到这块空间，为了避免这块空间的错误使用，我们将p=NULL，赋成空指针，这样就p指针就真正的断开了与这块空间的联系。

2.3 calloc函数的介绍

函数功能： 开辟一个内存中连续的空间并将空间里的每个字节初始化为0

函数参数 第一个参数：元素的个数 第二个参数 ：每个元素的字节大小

函数的返回类型： void * 空指针类型

• 函数的功能是为 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。

• 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

例：

代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//开辟10个int类型的空间，40个字节
    if (NULL != p)
    {
        int i = 0;
        for (i = 0; i < 10; i++) //没有赋值，直接对内容进行打印
        {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}
2.4 realloc的使用

当我们开辟一块空间后，发现空间不够用，想要调整更大的空间

函数功能： 重新分配内存空间，调整之前开辟动态内存空间的大小

函数参数： 第一个参数 是之前开辟内存块的地址 ，第二个参数 是调整后空间的字节大小。

函数返回类型： void * 空指针类型

• ptr 是要调整的内存地址

• size 调整之后新⼤⼩

• 返回值为调整之后的内存起始位置。

• 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调整空间失败，会返回空指针

• realloc在调整内存空间成功存在两种情况：

代码语言：javascript
复制
◦ 情况1：原有空间之后有⾜够⼤的空间 
    直接进行扩大，返回旧的空间的起始地址
代码语言：javascript
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◦ 情况2：原有空间之后没有⾜够⼤的空间
realloc函数会在内存堆区重新找一块空间（满足新空间的大小需求），同时会把旧的数据拷贝到新的空间中，然后释放旧的空间，同时返回新空间的起始地址

例1：

代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int* ptr = (int*)malloc(100);
    if (ptr != NULL)
    {
        //业务处理 
    }
    else
    {
        return 1;
    }
    //扩展容量 
​
    //代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中 
    ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//error 
​
    //代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，再放ptr中 
    int* p = NULL;
    p = realloc(ptr, 1000);
    if (p != NULL)
    {
        ptr = p;
    }
    //业务处理 
    free(ptr);
    return 0;
}
代码语言：javascript
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    ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//如果调整失败，原本开辟的空间也找不到，所以不能直接将realloc的返回值放到ptr中

例2：

代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int * p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));

	if (p == NULL)
	{
		printf("内存开辟空间失败\n");
	}
	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i<10; i++)
		{
			p[i] = i;
		}
		for (i = 0; i<10; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}
	}

	  //这里在堆区开辟了一个40字节的空间

	  //假如内存空间不够用，我们想调整的更大一些,调整成80个字节的空间大小

	int* p2 = (int *)realloc(p,20*sizeof(int));

	if (p2 == NULL)
	{
		printf("内存开辟失败\n");
	}

	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 10; i < 20; i++)
		{
			p[i] = i;
		}
		for (i = 10; i < 20; i++)
		{
			printf("%d ", p[i]);
		}

	}

	free(p2);
	p2 = NULL;

	return 0;
}

例3：

代码语言：javascript
复制
int main()
{
    int* p = (int*)realloc(NULL,40);//等价于malloc函数
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}

3.常见动态内存的错误

3.1对NULL指针的解引用操作
代码语言：javascript
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void test()
 {
 	int *p = (int *)malloc(100);
 	*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题 
 	free(p);
 }
3.2对动态开辟空间的越界访问
代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("开辟内存空间失败\n");
	}
	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 0; i<=10; i++)
		{
			p[i] = i;//当循环到第11次的时候就越界访问了
            //*(p + i) = i;
		}
	}
	return 0;
}
3.3对非动态开辟内存使用free释放

malloc,calloc,realloc函数申请的空间如果不主动释放，出了作用域是不会销毁的

释放的方式：1.free主动释放 2.程序结束，操作系统回收

free函数只能对我们开辟的动态内存进行释放操作

代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int a=10;
    int *p=&a;//p指向的空间不再是堆栈上的地址
    free(p);
    p=NULL;
    return 0;
}

3.4使用free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分

代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("内存开辟失败\n");
	}
	p++;
    
	free(p);//释放空间的p不是起始地址
	p = NULL;
	return 0;
}

我们最后free（p）时p指向的不是内存的初始位置，所以我们开辟的这块空间并不能完全释放，会造成内存泄漏。

3.5对同⼀块动态内存多次释放
代码语言：javascript
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#include <stdio.h>

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(100);
	free(p);
	free(p);   //重复释放
	p=NULL;
	return 0;
}

注意：同一块内存空间只能释放一次

3.6动态开辟内存忘记释放（会造成内存泄漏）
代码语言：javascript
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#include <stdio.h>

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(100);
	if (NULL != p)
	{
		*p = 20;
	}
	while (1);
	return 0;
}

注意：忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。一定要正确释放

动态内存经典笔试题

练习一
代码语言：javascript
复制
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void GetMemory(char *p)
{
	p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char *str = NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str, "helloworld");
    //此处str依然是空指针，对空指针解引用操作符会造成程序崩溃，将 “hello world ”放入空指针指向的空间，最后程序必然会崩溃。
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

GetMemory(str)把str空指针传到该函数中的p，在函数内部开辟了100个字节空间的大小，p是GetMemory函数的形参，只能在函数内部有效，等GetMemory函数返回之后，动态开辟内存尚未释放并且无法找到，所以会造成内存泄漏

改正：

代码语言：javascript
复制
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

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;
}
代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

char* GetMemory(char *p)
{
	p = (char *)malloc(100);
    return p;//因为p的地址在堆区，所以返回首地址还能找到之前开辟的空间
}
void Test(void)
{
	char *str = NULL;
	str = GetMemory(str);
	strcpy(str, "helloworld");
	printf(str);
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}
练习二（返回栈地址的问题）
代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
char *GetMemory(void) 
{
   char p[] = "hello world";
   return p; 
}

void Test(void) 
{
   char *str = NULL;
   str = GetMemory();//str此时是野指针
   printf(str);
}
int main()
{
   Test();
   return 0;
}

char p[]是局部变量，出了该函数内存就会还给操作系统，当返回数组首地址并赋值到str上是没有意义的，当我们打印的时候就会出现问题，找不到数组的内容

练习三
代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

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;
}

忘记释放动态开辟的内存，导致内存泄漏了

改正：

代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void GetMemory(char **p, int num)
{
    *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void) 
{
   char *str = NULL;
   GetMemory(&str, 100);
   strcpy(str, "hello");
   printf(str);
   free(p);
   p=NULL;
}
int main()
{
   Test();
   return 0;
}
练习四(非法访问内存)
代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void Test(void)
{
  char *str=(char *)malloc(100);
  strcpy(str,"hello");
  free(str);
  if(str!=NULL)
  {
      strcpy(str,"world");
      printf(str);
  }
}

int main()
{
   Test();
   return 0;
}

在free释放空间后，没有对str指针置空（NULL），所以操作系统依然记着所开辟空间的地址，但是这块内存已经不属于我们了，，当对该地址再次使用时就造成了非法访问的问题

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原始发表：2024-05-02，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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目录
  • 动态内存管理
    • 1.动态内存分配的原因
    • 2.动态内存函数的介绍
      • 2.1 malloc函数介绍
      • 2.2 free函数介绍
      • 2.3 calloc函数的介绍
      • 2.4 realloc的使用
    • 3.常见动态内存的错误
      • 3.1对NULL指针的解引用操作
      • 3.2对动态开辟空间的越界访问
      • 3.3对非动态开辟内存使用free释放
      • 3.5对同⼀块动态内存多次释放
      • 3.6动态开辟内存忘记释放（会造成内存泄漏）
  • 动态内存经典笔试题
    • 练习一
    • 练习二（返回栈地址的问题）
    • 练习三
    • 练习四(非法访问内存)
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