飞奔的炮台 发表于 2021-12-29 17:16:13

#yyds干货盘点#内存分配者-动态内存

动态内存管理

为什么存在动态内存分配
我们到现在为止掌握的是什么样的内存开辟方式呢
//创建一个变量
int val = 20;    //局部变量在栈空间中开辟4个字节
int g_val = 10;//全局变量在静态区中开辟4个字节
//创建一个数组
char arr = {0}; //局部区域 在栈空间中开辟10个字节连续的空间
char g_arr = {0};//全局区域 在静态区空间中开辟5个字节的连续空间
但是上述的开辟空间的方式有两个特点:

[*]空间开辟大小是固定的。
[*]数组在申明的时候,必须指定数组的长度,它所需要的内存在==编译时==分配。
但是对于空间的需求,不仅仅是上述的情况。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空间的方式就不能满足了。 这时候就只能试试==动态内存开辟==了。
c99是支持变长数组的,但现在很多编译器就不支持c99,连vs都不支持,所以就有动态内存的概念

动态内存函数的介绍
malloc==申请空间==和free==释放空间==
c语言提供了一个动态内存开辟的函数
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。
1.如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针。

2.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。

*3.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。**

4.如果参数 size 为0,malloc的行为是标准未定义的,取决于编译器。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

int main()
{
    //向内存申请10个整形的空间
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
      //把开辟失败的信息打印出来
      printf("%s",strerror(errno));
    }
    else
    {
      //正常使用空间
      int i = 0;
      for (i = 0; i < 10; i++)
      {
            *(p + i) = i;//在找下标为i的元素
      }
      for (i = 0; i < 10; i++)//再把每个元素打印出来
      {
            printf("%d ", *(p + i));
      }
    }
    return 0;
}
那我们可不可以看开辟失败的呢
我们可以用INT_MAX(他是整形最大),一个超级大的数字



有借有还 ==free释放内存==
free函数用来释放动态开辟的内存。
1.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。
2.如果参数 ptr 是NULL指针,则函数什么事都不做。


注意
malloc和free是成对使用的,==谁开辟谁释放==
calloc申请内存
在内存中开辟一个数组,把元素都改成零
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0

realloc调整动态内存的大小
当然我们可以申请空间,但会不会遇到申请的空间不够了,想要增加一些些,大了想要去掉一些些

realloc使用的注意事项
1.如果p指向的空间之后有足够的内存空间可以追加,则直接追加,后返回p
2.如果p指向的空间之后没有足够的内存空间可以追加,则realloc函数会重新找一块新的内存区域,开辟一块满足需求的空间,并且把原来的内存中的数据拷贝回来,释放旧的内存空间,最后返回新开辟的内存空间地址
3.但也有一个大问题,就是开辟INT_MAX,用新的变量ptr来接收realloc返回值


当然realloc也可以直接开辟空间


常见的动态内存错误
1.对NULL指针的解引用操作
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);//没成功就会有大问题
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
      *(p + i) = i;
    }
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}
所以为了防止没有开辟动态内存成功就需要做个判断

2.对动态开辟空间的越界访问
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(5*sizeof(int));
    if (p == NULL)//这里我的确判断有没有开辟成功了
    {
      printf("%s", strerror(errno));
    }
    else
    {
      int i = 0;
      for (i = 0; i < 10; i++)//但是我这里访问10个整型的空间
      {
            *(p + i) = i;
      }
    }   
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}
3.对非动态开辟内存使用free释放
int main()
{
    int a = 0;
    int* p = &a;
    *p = 20;
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}
4.使用free释放一块动态内存开辟的一部分
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
      return 0;//如果是空指针就直接返回,不干了
    }
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
      *p++ = i;//这个++就是bug的地方
    }
    //回收空间
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}
==只要p不是指向申请的空间的首地址,其他地方都是错的==
5.对同一块动态内存多次释放
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

int main()
{
    int* p = (int*)malloc(40);
    if (p == NULL)
    {
      return 0;
    }
    //使用
    //释放
    free(p);
    //...
    free(p);
    return 0;
}
6.动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

int main()
{
    while (1)
    {
      malloc(100);
    }
    return 0;
}

几个面试题
题目1
void GetMemory(char* p)
{
    p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
    char* str = NULL;
    GetMemory(str);
    strcpy(str,"hello world");
    printf(str);//这个写法和printf("%s",str);是一样的
}
int main()
{
    Test();
    return 0;
}问运行Test函数会有什么样的结果

修改正确
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

void GetMemory(char* *p)
{
    *p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
    char* str = NULL;
    GetMemory(&str);
    strcpy(str,"hello world");
    printf(str);//这个写法和printf("%s",str);是一样的
    free(str);//用完就释放
    str = NULL;
}
int main()
{
    Test();
    return 0;
}
题目2
char* GetMemory(void)
{
    char p[] = "hello world";
    return p;
}
void Test(void)
{
    char* str = NULL;
    str = GetMemory();
    printf(str);
}
int main()
{
    Test();
    return 0;
}请问运行Test 函数会有什么样的结果
输出随机值


修改正确
既然是p被销毁了,那我们让他不销毁就可以了延长它的生命周期用static
char* GetMemory(void)
{
    static char p[] = "hello world";
    return p;
}
void Test(void)
{
    char* str = NULL;
    str = GetMemory();
    printf(str);
}
int main()
{
    Test();
    return 0;
}
题目3
void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}这题基本和第一题一样,不过这题就只有内存泄漏的错误

修改正确
#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(str);//用完就释放,防止内存泄漏
    str = NULL;
}
int main()
{
    Test();
    return 0;
}
题目4
void Test(void)
{
    char* str = (char*)malloc(100);
    strcpy(str, "hello");
    free(str);
    if (str != NULL)
    {
      strcpy(str, "world");
      printf(str);
    }
}问题非常大的打印出结果


修改正确
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

void Test(void)
{
    char* str = (char*)malloc(100);
    strcpy(str, "hello");
    free(str);//这里考查的是free释放后并没有使str为NULL,所以下面if判断就没有作用,如果使他有作用就让str为NULL
    str = NULL;
    if (str != NULL)
    {
      strcpy(str, "world");
      printf(str);
    }
}
int main()
{
    Test();
    return 0;
}这道题真正目的就是让你什么都不打印


C/C++程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域:

[*]栈区(stack):在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放==运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。==
[*]堆区(heap):一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。
[*]数据段(静态区)(static)存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
[*]代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。



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