C语言---动态内存分配

• 动态内存分配的存在意义

        我们掌握的开辟空间的方式有:

int val =20;
char arr[10]={0};

但是这种方法开辟的空间有两个特点

1. 空间开辟的大小是固定的
2. 数组在声明的时候必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。

       C语言是可以创建变长数组的，在C99中增加了这一项，但是，许多编译器并不支持这一方法，所以变长数组不普遍

       有时候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的空间的方式就不能满足了，因此我们需要动态内存分配，而动态内存分配是在堆上开辟的空间。

• 动态内存函数的介绍

1. malloc

#include <stdlib.h>
void* malloc(size_t size);

• 如果创建成功返回一个指针，该指针指向开辟空间的初始位置
• 如果开辟失败则返回空指针，因此malloc的返回值一定要做检查
• 返回类型的void*，所以malloc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size为0，malloc的行为标准是未定义的，取决于编译器

2. free

      C语言提供的的一个free函数，是专门用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下

void free(void* ptr);

       free函数用来释放函数开辟的内存

• 如果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ptr是空指针，则free什么都不做
• 但是使用free函数之后，被指定的指针还是能找到那块位置，所以需要将改指针手动置为空指针

3. calloc

void* calloc(size_t num.size_t size);

• 函数的功能是为num个大小为size的元素开辟空间，并把空间的每个字节初始化为0
• 与malloc的区别只在于calloc会返回地址把之前申请的空间的每个字节初始化为全0

4. realloc

void* realloc(void* ptr,size_t size);

• ptr是要调整的内存地址
• size是调整之后的新大小
• 返回值为调整之后的内存地址的起始位置
• 这个函数调整原内存空间的基础上，还会将原内存中的数据拷贝到新内存中

          情况1：原有空间之后有足够大的空间----要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化

          情况2：原有空间之后没有足够大的空间----在堆空间上另找一个合适大小的空间来使用，这样函数返回的是一个新的内存地址

• 常见的动态内存错误

1. 对空指针进行解引用操作是违法的----一定要判断动态内存开辟（malloc，calloc，realloc）的返回值是否为空指针
2. 对动态开辟内存的越界访问
3. 对非动态开辟内存的空间进行free
4. 使用free释放动态开辟内存的一部分

int main() {
	int* p = malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	else
	{
		int i = 0;
		for (i = 1; i < 5; i++)
		{
			*p++ = i;
		}
	}
	//free(p);---这是不允许的，因为p的位置已经变化了，free不能释放动态内存开辟的空间的一部分
	//p = NULL;
	return 0;
}

5. 对同一块内存空间多次释放---可以准寻谁开辟谁释放的原则
6. 对动态开辟的内存忘记释放（内存泄漏）

• 几个经典的笔试题

第一道

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}

void test(void) 
{
	char* ptr = NULL;
	GetMemory(ptr);
	strcpy(ptr, "hello,world");
	printf(ptr);
}

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

1. 代码运行程序会出现崩溃的现象
2. 程序存在内存泄漏的问题---str以值传递的形式给p，p是getmemory函数的一个形参，只在函数内部有效，等GetMemory函数返回之后，动态开辟的内存尚未释放，并且无法访问，所以会造成内存泄漏

C/C++内存布局

• 柔性数组

     定义：C99结构体中最后一个元素允许是未知大小的数组，这就是柔型数组

特点：

1. 结构中的柔型数组成员前面必须至少一个其他成员。
2. sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
3. 包含柔型数组成员的结构用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体的大小，以适应柔型数组的预期大小

优势：

1. 方便内存释放
2. 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（也没多高，因为少不了偏移量的加法寻址）

局部性原理：当你访问一个数据的时候，接下来80%概率访问的是它周边的数据

结构体指针指向的结构体类型中的指针类型，获取的是指针的值，而不是地址，指向的数组类型，获取的是地址

struct test{
    int i;
    short c;
    char *p;
    char s[10];
};

int main(){
    struct test *pt=NULL;
    printf("&s = %x\n", pt->s); //等价于 printf("%x\n", &(pt->s) );
    printf("&i = %x\n", &pt->i); //因为操作符优先级，我没有写成&(pt->i)
    printf("&c = %x\n", &pt->c);
    printf("&p = %x\n", &pt->p);
    return 0;
}