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1.为什么要有动态内存分配？

我们已经掌握的内存开辟方式有：

但是上述的开辟空间的方式有两个特点：

①空间开辟大小是固定的，

②数组在声明的时候，必须指定数组长度，数组空间一旦确定了大小就不能调整

但是有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才知道，那数组的变异是开辟空间的方式就不能满足了，C语言引入动态内存开辟，让程序员自己可以申请和释放空间，就比较灵活了

2.malloc和free

2.1malloc

功能：向内存的堆区申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的起始地址

①如果开辟成功，则返回这块空间的起始地址

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mallo函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候自己决定

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

2.2free

C语言提供了另一个函数free,专门是用来做动态内存管理的释放和回收的，函数原型如下：

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，那么free函数的行为是未定义的

②如果ptr是NULL指针，则函数什么事都不做

malloc和free都声明在stdlib.ht头文件中

3.calloc和realloc

3.1calloc

C语言还提供了一个函数叫calloc,calloc函数 也用来动态内存分配，函数原型：

1.num:要申请多少个元素，size:每个元素的字节大小

2.总申请字节数：num*size

功能：

①在堆上申请一块连续内存

②会把申请到的内存全部初始化为0（这是和malloc最大区别）；

③申请失败返回NULL；

④用完同样需要free（）释放

如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成那个任务

3.realloc

有时我们发现过去申请的空间太小了，有时我们又会觉得申请的空间过大了，那么为了合理的使用内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整，那么realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整

①ptr是要调整的内存地址

②size调整之后新大小，单位是字节

③返回值为调整之后的内存起始地址

④这个函数为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空间

⑤realloc在调整内存空间的是存在两种情况

情况一：原空间之后有足够大的空间

情况二：原有空间之后没有足够大的空间

当是情况一的时候：

要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化

情况二：当时情况二的时候，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内存空间来使用。这样函数返回的是一个新的内存地址

错误写法（非常常见）

arr=realloc(arr,new_size)

如果realloc返回NULL，arr直接变成NULL，原来内存地址丢失，造成内存泄露，所以必须用临时指针接收返回值，判断成功后再赋值。

几个重要特性：

1.realloc不会初始化新扩容出来的内存，新空间里面是垃圾值，不会自动清0

2.可以缩小内存：new_size<原大小，会截断后面的内存，前面的数据保留。

3.不能传入栈上变量地址！只能传堆上malloc/calloc/reallloc返回的指针

4.不要传已经free过的指针，属于野指针，UB未定义行为

5.分配的内存最后依然要free(),realloc不会帮你释放

6.realloc(ptr,0)标准行为未定义，不要使用

7.realloc(NULL,size)等价于malloc(size)

4.常见的内存错误

4.1对NULL指针的解引用操作

原因：malloc,realloc可能返回NULL，忘记判断返回值

解决：每次分配后判断指针是否为NULL

2.越界访问堆内存（数组越界）

后果：破坏堆的管理信息，可能随机崩溃，覆盖其他内存，很难调试

解决：严格控制访问下标，不要超出分配大小

3.重复free(多次释放同块内存）

注意：free之后指针本身不会置空，p仍然保存旧地址，变成野指针。

好习惯：free(p);

p=NULL;

4.释放非堆内存（free栈上变量）

栈内存由系统自动回收，不能手动free

5.内存泄漏

忘记free

realloc错误写法

6.使用已经free后的内存（野指针）

5动态内存经典笔试题分析

题目一：

补充：strcpy详解

头文件：#include<string>

char*strcpy(char*dest,const char*src);

dest:目标地址（必须是可写内存！不能是常量字符串，NULL）

src:源字符串const代表内容只读

返回值：返回dest的起始地址

功能：把src指向的字符串，完整拷贝到dest里面，包含末尾的‘\0'(字符串结束标志）；

注意：❗❗❗strcpy不会检查目标空间dest的大小，如果源字符串长度>dest缓冲区大小，会越界访问，破坏后面内存，程序崩溃

结果：1.malloc申请了100个字节堆内存，但是没有任何指针保存这个内存，内存泄漏

2.Test 里的str依旧等于NULL

3.strcpy(str,"hello,world"):

解释：这里p是形参，值传递，调用Get Memory（str)时，只是把str里面的NULL拷贝一份给形参，p和str是两个独立的指针变量，在函数内部p=malloc(100),仅仅修改的是局部变量p，外面的str完全不受影响，函数结束，局部变量p销毁

题目二：

解释：核心错误：返回栈上局部变量的地址，产生野指针，属于未定义行为。

1.char p[]="hello world";是局部数组，存储在栈区

2.栈区规则：函数执行结束之后，函数内部所有局部变量全部销毁，这块栈内存会被回收，释放

3.return p;返回数组首地址，这个地址本身还在，但是对应的内存内容已经失效了

4.回到Test函数，str保存了这个已经时效的地址，printf(str)去访问已经销毁的栈空间

题目三：

解释：代码可以正常打印，但是存在内存泄漏

没有调用free释放malloc申请的堆内存，造成内存泄漏，程序结束操作系统会回收内存，所以单次运行不会崩溃；但是如果多次调用Test,会不断占用堆内存，内存持续消耗

题目四：

解释：野指针问题

free(str);

free释放这块堆内存，这块内存还给操作系统，内存失效，不能再读写

但是，指针变量str 本身存的值不会自动变成NULL，str仍然保存那块已经释放的地址，此时str就是野指针

6.柔性数组

C99中，结构中的最后一个元素是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员

例如：

struct st_type

{

int i；

int a[0];//柔性数组成员

}；

有些编译器会报错无法编译可以改成：

struct st_type

{
int i;

int a[ ];//柔性数组成员

};

6.1柔性数组的特点

结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员

sizeo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

typedef struct st_type

{

int i;

int a[0];

}type_a;

int main()

{
printf("%d\n",sizeof(type_a));//输出的是4

return 0;

}

6.2柔性数组的使用

#include<stidio.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;

}

这样柔性数组成员a,相当于获得了100个整形元素的来连续空间

6.3柔性数组的优势

上述的type_a结构也可以设计为下面的结构，也能完成同样的效果

//代码2

#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,先释放放柔性数组，再释放总空间

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：

1.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,所以你不能指望用户来发现这个事，所以，如果我们把结构提的内存以及其成员一次性分配好，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时放掉

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

7.c/c++中程序内存区域的划分

1.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，函数执行结束这些存储单元自动被释放，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

2.堆区：realloc,malloc,calloc申请的空间，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（操作系统）回收

3.数据段（静态区）：存放全局变量，静态数据，程序结束后由操作系统释放

4.代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

已完结