对于内存我们了解道的就有栈区域、,堆区,静态区,常量储存区,代码区。
栈区(stack):指那些由编译器在需要的时候分配,不需要时自动清除的变量所在的储存区,如函数执行时,函数的形参以及函数内的局部变量分配在栈区,函数运行结束后,形参和局部变量去栈(自动释放)。栈内存分配运算内置与处理器的指令集中,效率高但是分配的内存空间有限。
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
静态储存区(static):全局变量和静态变量的储存是放在一块的,其中初始化的全局变量和静态变量在一个区域,这块空间当程序运行结束后由系统释放。
常量储存区(const):常量字符串就是储存在这里的,如“ABC”字符串就储存在常量区,储存在常量区的只读不可写。const修饰的全局变量也储存在常量区,const修饰的局部变量依然在栈上。
程序代码区:存放源程序的二进制代码。
本章主要对堆区稍作理解。
1.为什么存在动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟方式有:
int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10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:
1.
空间开辟大小是固定的。
2.
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。
我们对空间的需求不仅是上述的情况,
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。
这时动态内存就非常有用了。
2. 动态内存函数的介绍
2.1 malloc和free
malloc 和 free 是被<stdlib.h>头文件包含的库函数
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,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。
c语言提供了free专门回收动态内存的释放。
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。
举个例子
#include <stdio.h>
int main()
{
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = {0};
}
#include <stdio.h>
int main()
{
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
int i = 0;
for(i=0; i<num; i++)
{
*(ptr+i) = 0;
}
}
free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存
ptr = NULL;//是否有必要?
return 0;
}
这两种写法一个是在栈上开辟一块空间,一个是在堆区开辟空间。
2.2 calloc
calloc 与 malloc 的主要区别在于 zero - initialize 上
该函数的功能是为
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
。
举个例子:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if (NULL != p)
{
//使用空间
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
所以如何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函数来完成任务。
2.3 realloc
realloc
函数的出现让动态内存管理更加灵活。
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。
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
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
情况2:原有空间之后没有足够大的空间
情况
1
当是情况
1
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
2
当是情况
2
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
的连续空间来使用。这样函数返回的是一个新的内存地址。
由于上述的两种情况,
realloc
函数的使用就要注意一些.
3. 常见的动态内存错误
3.1 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);
}
3.2 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
//指向一块不属于堆区的空间
}
free(p);
}
3.3 对非动态开辟内存使用free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}
3.4 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
}
3.5 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
}
3.6 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);
}
没有使用free。
切记malloc 和 free 是成对出现的,使用完空间后一定要还回去,否则会照成内=内存泄露的问题。
4. 柔性数组
也许你从来没有听说过
柔性数组(
flexible array
)
这个概念,但是它确实是存在的。
C99
中,结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组,这就叫做『柔性数组』成员。
例如
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
如果编译器无法编译可以换成以下这种写法
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
}type_a;
4.1 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。
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。
例如
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
4.2柔性数组的使用
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);
这样柔性数组成员
a
,相当于获得了
100
个整型元素的连续空间。
这样看起来似乎并不能体现 ' 柔 ' 的特点。
不急,我们来看看下面这一段代码。
上述的
type_a
结构也可以设计为:
typedef struct st_type
{
int i;
int* p_a;
}type_a;
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;
虽然效果都一样,但是柔性数组对于第二段代码有两个好处
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 不能指望用户来发现这个事。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