【C语言】内存的动态分配与释放
什么是内存的动态分配?
要知道什么是内存的动态分配,首先要清楚内存在计算机中内存是如何划分的:
如图,内存区域大致分为以下几个区域:
- 栈区(向下增长)(stack):由编译器自动分配释放,存放:局部变量,形参,返回值.
- 堆区(向上增长)(heap):由程序员分配内存和释放.通过调用函数:malloc(),calloc(),realloc()和free().
- 全局(静态)区:未初始化全局/静态区(.bass)和已初始化全局/静态区(.data).
- 常量区(.rodata):字符串"ABCD"等
- 代码区(.text):存放程序的代码
我们从前的内存使用方式是,比如创建一个变量:
int a=10;这时变量是存储在栈区的,是由编译器自动分配的.
再比如我们创建一个数组,如:
int arr[10]={0};这时数组内容仍然存储在栈区中,由编译器分配空间存储或销毁.
这样的内存使用方式有两个特点:
- 内存空间开辟大小是固定的.
- 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.
这样的特点就导致了,我们无法在程序运行中的任意时刻分配存储空间,也不能把不需要的存储空间释放或丢弃.为了能够满足上述需求,我们就需要使用内存的动态分配.
内存动态分配函数
用于分配存储空间的两个函数是malloc()和calloc()函数,用于更改已分配空间的函数是realloc()函数,以下列出了这几个函数的相关信息:
🎏malloc()
| malloc |
|---|---|
头文件 | #include<stdlib.h> |
格式 | void * malloc(size_t size); |
功能 | 为大小为size字节的对象分配存储空间,此存储空间中的初始值不确定 |
返回值 | 若分配成功,则返回一个指向已分配的空间开头的指针;若分配失败,则返回空指针 |
如果想了解更多关于malloc()函数相关信息,如malloc()函数参数的设定,返回值的设定,以及malloc()函数的具体使用方法等相关知识的,可以移步这里: 【C语言】malloc()函数详解(动态内存开辟函数)
https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/133971625?spm=1001.2014.3001.5502
🎏calloc()
| calloc |
|---|---|
头文件 | #include<stdlib.h> |
格式 | void * calloc(size_t num,size_t size); |
功能 | 为num个大小为size字节的对象分配存储空间,该空间内的所有位都会初始化为0 |
返回值 | 若分配成功,则返回一个指向已分配的空间开头的指针;若分配失败,则返回空指针 |
如果想了解更多关于calloc()函数相关信息,如calloc()函数参数的设定,返回值的设定,以及calloc()函数的具体使用方法等相关知识的,可以移步这里: 【C语言】calloc()函数详解(动态内存开辟函数)
https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/133975677
🎏realloc()
| realloc |
|---|---|
头文件 | #include<stdlib.h> |
格式 | void * realloc(void* ptr , size_t size); |
功能 | 更改ptr指向的已分配空间的大小,重新分配为size大小 |
返回值 | 若分配成功,则返回一个指向已分配的空间开头的指针;若分配失败,则返回空指针 |
如果想了解更多关于realloc()函数相关信息,如realloc()函数参数的设定,返回值的设定,以及realloc()函数的具体使用方法等相关知识的,可以移步这里: 【C语言】realloc()函数详解(动态内存开辟函数)
https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/133975646
动态内存释放函数
🎏free()
| free |
|---|---|
头文件 | #include<stdlib.h> |
格式 | void * free(void* ptr); |
功能 | 释放ptr指向的空间,让这部分空间能继续用于之后的动态分配.当ptr为空指针时,不执行任何操作.除此之外,当实际参数与之前通过malloc(),calloc(),realloc()返回的指针不一致时,或者ptr指向的空间已经通过调用free()或realloc()被释放时,则作未定义处理. |
返回值 | 无 |
如果想了解更多关于free()函数相关信息的,如free()函数参数的设定,返回值的设定,以及free()函数的具体使用方法等相关知识的,可以移步这里: 【C语言】free()函数详解(动态内存释放函数)
https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/133975657
常见的动态内存错误
1.对NULL指针的解引用操作
在这里先为大家介绍一种打印错误码的方法:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
if (p == NULL) //如果开辟失败,则打印错误
{
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
}
else
{
printf("开辟成功\n");
//可以正常使用p指针来操作这片空间了
}
return 0;
}我们在vs编译器中测试一下这段代码:
可以看到strerror成功打印了错误信息.
再来看这段代码:
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}由malloc()的定义可知,当malloc遇到没有足够的空间用来开辟的情况时,就会开辟失败,返回一个空指针.
而当我们不对malloc()函数开辟的结果做检查的话,就很可能导致以下这种情况:
因此,为防止在使用动态内存开辟函数时造成对空指针的解引用操作,我们在每次使用完动态内存开辟函数后,都应先检查一下它的返回值.
2.对动态开辟空间的越界访问
如下代码:
void test()
{
int i = 0;
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (NULL == p)
{
//打印错误原因的一个方式
printf("%s\n", strerror(errno));
}
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i;//当i是10的时候会造成越界访问
}
free(p);
}在vs2022中测试该代码:
可以看到,编译器直接报错"检测到堆损坏".像这种报错不论是说栈区损坏,还是堆区损坏,意思就是在栈上或堆上出现了越界访问的情况. 因此,在使用动态内存开辟空间时,我们要格外小心不要出现越界访问的问题.
3.对非动态开辟内存使用free释放
因为p是由编译器分配到栈区的,不属于堆区,因此不能使用free释放.
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p); //p不是动态开辟的,不能释放
}使用vs2022测试一下:
可以看到,该错误导致了程序出错. 而图中的报错"已执行断点指令"则是因为代码执行过程中出现了未定义的非法行为.
4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分
如下代码:
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p); //p不再指向动态内存的起始位置
}在vs2022中测试一下:
可以看到,该错误导致了程序异常终止.
5.对同一块动态内存多次释放
如下代码:
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p); //重复释放
}在vs2022中进行测试:
可以看到,该错误导致了程序出错.
这里列出了两个防止重复释放的小技巧:
- 在设计时尽量遵从:谁开辟,谁回收的原则
- 在free完后立刻将原动态开辟的指针置为NULL.
6.动态开辟内存忘记释放
如下代码:
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
//没有释放!
}
int main()
{
test();
}如果动态开辟的内存忘记释放,程序不会报错,但会造成内存泄漏!
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏. 内存泄漏：如果动态开辟的内存没有被释放，那么这些内存就会一直占用系统资源，从而导致内存泄漏。内存泄漏会导致程序运行速度变慢，甚至崩溃。
因此:
动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放! 动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放! 动态开辟的空间一定要释放,并且正确释放!