C/C++动态内存开辟详解（含常见错误以及经典面试题）

利刃大大

发布于 2023-04-12 13:55:25

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发布于 2023-04-12 13:55:25

文章被收录于专栏：编程语言/linux/算法

1.四个重要的内存函数

1.1 malloc和free

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的行为的标准是未定义的，取决于编译器。

C语言还提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

void free(void ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。

如果参数ptr指向的空间不是 动态开辟（如数组名） 的，那free函数的行为是未定义的。
如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事也不做。

malloc和free都声明在stdlib.h头文件中。

1.2 calloc

C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc函数也用来动态内存开辟。原型如下：

void calloc(size_t num,size_t size);*

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都初始化为0.
与函数malloc的区别只在于calloc会返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0.

1.3 realloc

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
有时我们会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，那为了合理的使用内存，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。

函数原型如下：

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

ptr是要调整的内存地址
size调整之后的新大小
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到新的空间 。
realloc在调整内存空间时候存在两种情况：

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

2.常见错误

2.1 对NULL指针进行解引用操作

#include<stdio.h>
int main()
{
	int *p = (int*)malloc(100000000000);//开辟内存过大，可能会开辟失败，返回空指针
	int i = 0;
	for(i = 0;i<10;i++)
	{
		*(p+i) = i;
	}
}

解决方法：在申请空间后对p进行判断。

if(p == NULL) return 1;

2.2 对动态开辟内存的越界访问

#include<stdio.h>
int main()
{
	int *p = (int*)malloc(10*sizeof(int));//申请10个int空间大小
	if(p==NULL)
		return 1;
		
	int i=0;
	// 越界访问
	for(i=0;i<40;i++)
	{
		*(p+i)=i;
	}
}

2.3 使用free释放非动态开辟的空间

int main()
{
	int arr[10]={0}//存于栈区
	int *p=arr;

	free(p);//使用free释放了数组申请的空间
	p=NULL;
	return 0;
}

2.4 使用free释放了动态开辟内存的一部分

int main()
{
	int* p=(int*)malloc(10*sizeof(int));
	if(p==NUL)
		return 1;
	
	int i=0;
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		*p++ = i;
	}
	free(p);
	p=NULL;
	return 0;
}

解读：p指向开辟内存的首地址，而在循环赋值中，p只对其中5个int大小进行了赋值，而后就对该空间释放。除此之外p受++运算符不断向后移动，使得p的初始位置改变，这很容易导致内存泄漏。

2.5 对同一块动态内存开辟的空间多次释放

int main()
{
	int* p=(int*)malloc(100);
	//使用
	//释放
	free(p);
	p=NULL;

	//释放
	free(p);
	return 0;
}

2.6 动态开辟的空间忘记释放，造成内存泄漏

解决方法：在该指向这块空间的指针的生命周期结束前使用free函数释放。

3.经典面试题

第一题

void GetMemory(char* p)
{
	p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
	char* str=NULL;
	GetMemory(str);
	strcpy(str,"hello,liren");
	printf(str);
}

请问运行Test函数会有什么样的结果？

答案：程序奔溃！

解读：str传给GetMemory函数的时候是值传递（因为并不是使用str所指地址的值而是改变str本身的值），所以GetMemory函数的形参p是str的一份临时拷贝。在GetMemory函数内部动态申请空间的地址，存放在p中，不会影响外边str，所以当GetMemory函数返回之后，str仍然是NULL，所以strcpy会失败。（当GetMemory函数返回之后，形参p销毁，使得动态开辟的100个字节存在内存泄露）

第二题

char* getmemory(void)
{
	char p[]="hello,liren";
	return p;
}
void test(void)
{
	char* str=NULL;
	str=getmemory();
	printf(str);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

这种题称为返回栈空间地址的问题

答案：一堆乱码！

解答：getmemory函数内部创建数组是在栈区上创建的，出了函数，p数组的空间就还给了操作系统，返回的地址是没有实际的意义的，如果通过返回的地址，去访问内存就是非法访问内存的。

第三题

void getmemory(char** p,int num)
{
	*p = (char*)malloc(num);
}
void test(void)
{
	char* str=NULL;
	getmemory(&str,100);
	strcpy(str,"liren");
	printf(str);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

答案：程序奔溃！

解答：应在test函数里面使用free函数释放str，并将其设为空指针。

第四题

void test(void)
{
	char* str=(char*)malloc(100);
	strcpy(str,"liren");
	free(str);
	if(str!=NULL)
	{
		strcpy(str,"love tongtong");
		printf(str);
	}
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}