C語言詳解：動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理（含C99柔性數(shù)組）-創(chuàng)新互聯(lián)

1. 為什么存在動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

我們已經(jīng)掌握的內(nèi)存開辟方式有：

創(chuàng)新互聯(lián)服務(wù)項(xiàng)目包括玄武網(wǎng)站建設(shè)、玄武網(wǎng)站制作、玄武網(wǎng)頁制作以及玄武網(wǎng)絡(luò)營銷策劃等。多年來，我們專注于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，利用自身積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、深度合作伙伴關(guān)系等，向廣大中小型企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)等提供互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的解決方案，玄武網(wǎng)站推廣取得了明顯的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。目前，我們服務(wù)的客戶以成都為中心已經(jīng)輻射到玄武省份的部分城市，未來相信會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域并繼續(xù)獲得客戶的支持與信任！

int val = 20;//在?？臻g上開辟四個(gè)字節(jié)
char arr[10] = {0};//在?？臻g上開辟10個(gè)字節(jié)的連續(xù)空間

上述的開辟空間的方式有兩個(gè)特點(diǎn)：

1. 空間開辟大小是固定的。

2. 需要的內(nèi)存在編譯時(shí)分配

但是對(duì)于空間的需求，有時(shí)候在程序運(yùn)行的時(shí)候才能知道。

于是便有了動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，在堆區(qū)開辟內(nèi)存空間

2. 動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹

malloc，calloc，free，realloc函數(shù)都聲明在stdlib.h 頭文件中

2.1 malloc和free

C語言提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)存開辟的函數(shù)：

void* malloc (size_t size);

這個(gè)函數(shù)向內(nèi)存申請(qǐng)一塊連續(xù)可用的空間，并返回指向這塊空間的指針。

如果開辟成功，則返回一個(gè)指向開辟好空間的指針

如果開辟失敗，則返回一個(gè)NULL指針（因此malloc的返回值一定要做檢查）

返回值類型是 void* ，所以malloc并不知道開辟空間的類型，由使用者自己來決定

如果參數(shù) size 為0，malloc的行為是未定義的

而C語言提供了另外一個(gè)函數(shù)free，用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存的釋放和回收：

void free (void* ptr);

如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動(dòng)態(tài)開辟的，則free函數(shù)的行為是未定義的

如果參數(shù) ptr 是NULL指針，則free函數(shù)什么事都不做

2.2 calloc

C語言還提供了一個(gè)函數(shù)叫 calloc ，也用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配：

void* calloc (size_t num, size_t size);

函數(shù)的功能是為 num 個(gè)大小為 size 的元素開辟一塊空間

如果開辟成功，則返回一個(gè)指向開辟好空間的指針

如果開辟失敗，則返回一個(gè)NULL指針

與malloc的區(qū)別：

calloc會(huì)把空間的每個(gè)字節(jié)初始化為0

而malloc函數(shù)不會(huì)

舉個(gè)例子：

#include#includeint main()
{
? ? int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
? ? if(NULL != p)
? ? {
? ? //使用空間
? ? }

? ? free(p);
? ? p = NULL;
? ? return 0;
}

因此，如果我們對(duì)申請(qǐng)的內(nèi)存空間的內(nèi)容要求初始化，就可以使用calloc函數(shù)來完成任務(wù)。

注意！malloc,calloc 都是在堆區(qū)上申請(qǐng)空間，空間使用完后都要釋放

2.3 realloc

realloc函數(shù)的出現(xiàn)讓動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理更加靈活

有時(shí)候我們發(fā)現(xiàn)之前申請(qǐng)的空間太小了

為了合理使用內(nèi)存，我們一定會(huì)對(duì)內(nèi)存的大小做靈活的調(diào)整

而realloc 函數(shù)就可以對(duì)動(dòng)態(tài)開辟的內(nèi)存的大小進(jìn)行調(diào)整

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

ptr 是要調(diào)整的內(nèi)存地址

size 調(diào)整之后新大小

返回值為調(diào)整之后的內(nèi)存起始位置

注意！realloc在調(diào)整內(nèi)存空間的存在兩種情況：

1. 原空間后面有足夠大的空間

此時(shí)，要擴(kuò)展內(nèi)存就直接在原有內(nèi)存之后追加空間，原空間的數(shù)據(jù)不發(fā)生變化

2. 原空間后面沒有足夠大的空間

此時(shí)，要擴(kuò)展內(nèi)存，就會(huì)在堆空間上另找一個(gè)合適大小的連續(xù)空間來使用

原空間的數(shù)據(jù)會(huì)被拷貝到新空間中，并且原空間的內(nèi)存會(huì)被釋放

這樣函數(shù)返回的是一個(gè)新開辟空間的起始地址

由于上述的兩種情況，realloc函數(shù)的使用就要注意一些。

舉個(gè)例子：

#includeint main()
{
? ? //正常開辟動(dòng)態(tài)內(nèi)存
? ? int *ptr = (int*)malloc(100);
? ? if(ptr != NULL)
? ? {
? ?   //...
? ? }
? ? else
? ? {
? ?   exit(EXIT_FAILURE);  
? ? }

? ? //下面要擴(kuò)展容量

? ? //代碼1
? ? ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//這樣可以嗎？
? ? //答：不行

? ? //正確做法
? ? int*p = (int*)realloc(ptr, 1000);
? ? if(p != NULL)
? ? {
? ? ? ? ptr = p;
? ? }
? ? //...
? ? free(ptr);
? ? return 0;
}

如上面代碼所示，我們先利用malloc正常開辟了100個(gè)字節(jié)的連續(xù)內(nèi)存空間，在判斷返回的指針非空之后，再進(jìn)行一系列使用。

這時(shí)，我們想擴(kuò)展容量，需要用到realloc函數(shù)。

先看代碼1，我們想用上面接收malloc返回值的指針ptr來接受realloc的返回值，這時(shí)如果realloc開辟失敗，ptr將接收到realloc返回的一個(gè)空指針，此時(shí)我們就丟失了malloc開辟的內(nèi)存空間的地址，導(dǎo)致后面無法釋放malloc開辟的內(nèi)存，造成嚴(yán)重后果！

所以正確的做法是，另外定義一個(gè)指針變量p接收realloc的返回值，先判斷p是非空指針后，確認(rèn)了新空間已經(jīng)開辟，而realloc會(huì)自動(dòng)釋放舊空間，所以此時(shí)便可以大膽的將p的值賦給ptr，后續(xù)要釋放新空間的內(nèi)存時(shí)，只需free(ptr)即可。

其實(shí)，類似的注意事項(xiàng)和坑點(diǎn)還有很多，我們只需把握一個(gè)原則：

動(dòng)態(tài)開辟的內(nèi)存空間，最后一定要釋放，并且指針要置空！

而想要釋放內(nèi)存，便要保證存放該內(nèi)存地址的指針還存在！

釋放完內(nèi)存后，指針必須置空，防止非法訪問原先地址而擦寫數(shù)據(jù)！

3. 常見錯(cuò)誤

對(duì)NULL指針的解引用操作

對(duì)動(dòng)態(tài)開辟空間的越界訪問

對(duì)非動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存使用free釋放

只釋放了一塊動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存的一部分

對(duì)同一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存重復(fù)釋放

動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存忘記釋放（內(nèi)存泄漏）

4. 柔性數(shù)組

柔性數(shù)組（flexible array）：

在C99 中，結(jié)構(gòu)體內(nèi)的最后一個(gè)元素允許是未知大小的數(shù)組，稱之為柔性數(shù)組成員

如下圖所示：

typedef struct s
{
? ? int i;
? ? int a[0];//柔性數(shù)組成員
}s;

有些編譯器可能會(huì)報(bào)錯(cuò)，可以用下面方法表示：

typedef struct s
{
    int i;
    int a[];//柔性數(shù)組成員
}s;

那柔性數(shù)組有什么特點(diǎn)呢？

在結(jié)構(gòu)體中，柔性數(shù)組成員的前面至少有一個(gè)其他成員

利用sizeof 計(jì)算這種結(jié)構(gòu)體的大小時(shí)，不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存

例如：

又如：

顯然，利用sizeof 計(jì)算這種結(jié)構(gòu)體的大小時(shí)，不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存。

那么柔性數(shù)組該如何使用呢？

記住：

使用包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)體時(shí)，要進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

分配的內(nèi)存要大于結(jié)構(gòu)體的大小，從而適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小

#include#includetypedef struct s
{
    int i;
    int a[];//柔性數(shù)組成員
}s;

int main()
{
    int i = 0;
    s* p = (s*)malloc(sizeof(s) + 100 * sizeof(int));
    p->i = 100;
    for (i = 0; i< 100; i++)
    {
        p->a[i] = i;
    }
    for (i = 0; i< 100; i++)
    {
        printf("%2d ", p->a[i]);
    }
    printf("\n");
    free(p);
    p = NULL;
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

這樣，柔性數(shù)組成員a，就獲得了100個(gè)整型元素大小的連續(xù)空間，可以使用。

又柔性數(shù)組的內(nèi)存是動(dòng)態(tài)分配的，因此如果對(duì)之前分配的內(nèi)存大小不滿意，則可以利用realloc函數(shù)進(jìn)行增容，例如：

#include#includetypedef struct s
{
    int i;
    int a[];//柔性數(shù)組成員
}s;

int main()
{
    int i = 0;
    s* p = (s*)malloc(sizeof(s) + 100 * sizeof(int));
    s* ptr = (s*)realloc(p, sizeof(s) + 200 * sizeof(int));

    if (ptr == NULL)
    {
        perror("realloc");
        return 1;
    }
    
    //使用

    //釋放
    p = NULL;
    free(ptr);
    ptr = NULL;

    return 0;
}

這樣，我們就將柔性數(shù)組a進(jìn)行了擴(kuò)容，獲得了200個(gè)整型元素大小的連續(xù)空間。

5. 結(jié)語

通過本篇文章的學(xué)習(xí)，我們掌握了C語言動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和C99中柔性數(shù)組的知識(shí)！

希望大家有所收獲，我們共同進(jìn)步！

感謝閱讀！

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文章源于：http://muchs.cn/article24/ceepje.html

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