C进阶：动态内存函数 malloc calloc realloc free及常见动态内存开辟错误

一.malloc 与 free

1.malloc

函数声明：

1.参数size_t： 要开辟的内存块的大小，以字节为单位； 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。 2.返回值：该函数返回一个指针 ，指向已分配大小的内存；如果请求失败，则返回 NULL； 所以在使用完这个函数后要判断是否成功开辟，即返回值是否是NULL； 因为返回的指针类型维指定，而我们的使用的时候肯定是有类型的，所以就要 进行强制类型转换；

2.free

函数声明：

1.用途：释放之前调用 calloc、malloc 或 realloc 所分配的内存空间； 所以为了防止野指针的出现的出现，通常malloc calloc realloc 是成对使用的； 同时free函数不会主动将指针置空，所以需要我们手动置空； 2.参数void *ptr ：指针指向一个要释放内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、 calloc 或 realloc 进行分配内存的； 如果传递的参数是一个空指针，则不会执行任何动作； 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。

malloc calloc realloc free 都需要头文件 <stdlib.h>

3.实例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{

   char *str = (char *) malloc(15);  //在堆区分配15个字节给str
   if(str==NULL)    //判断内存是否开辟成功
   {
      perror("malloc")  //若开辟失败则显示错误信息
      return 0;      //结束程序运行
   }
   strcpy(str, "runoob");
   printf("String = %s,  Address = %u\n", str, str);
   free(str);  //释放开辟的内存
   str=NULL;   //将指针置为空，防止野指针的出现和使用
 
   return 0;
}

二.calloc

函数声明：

1.描述：分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针。malloc 和 calloc 之间的不同点 是，malloc 不会设置内存为零，而 calloc 会设置分配的内存为零，也就是说， calloc 把分配到的内存空间初始化成0，而malloc 则不会； 2.参数 size_t nitems : 要被分配的元素个数； 3.参数 size_t size ：元素的大小； 4.返回值：与上文的 malloc 一致；

实例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
   int i, n;
   printf("要输入的元素个数：");
   scanf("%d",&n);
   int *a = (int*)calloc(n, sizeof(int));  //向堆区申请空间
   printf("输入 %d 个数字：\n",n);
   for( i=0 ; i < n ; i++ ) 
   {
      scanf("%d",&a[i]);
   }
 
   printf("输入的数字为：");
   for( i=0 ; i < n ; i++ )
   {
      printf("%d ",a[i]);
   }
   free (a);  // 释放内存
   a=NULL;   //指针置空
   return 0;
}

三.realloc

函数声明：

1.描述：尝试重新调整之前调用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的内存块的大小； 2.参数void *ptr :指针指向一个要重新分配内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc，calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果为空指针，则会分配一 个新的内存块，且函数返回一个指向它的指针; 3.参数size_t size : 内存块的新的大小，以字节为单位。如果大小为 0，且 ptr 指向一个已 存在的内存块，则 ptr 所指向的内存块会被释放，并返回一个空指针。 4.realloc 使用时的两种情况： A.如果原指针后面的空间足够，则在原指针的后面分配内存； B.如果原指针后面的空间不够，则将原指针的空间释放，数据拷贝到新分配的空间中； 详见下图：

实例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

 
int main()
{
   /* 最初的内存分配 */
   char *str = (char *) malloc(15);
   if(str==NULL)    //判断内存是否开辟成功
   {  
      perror("malloc");
      return 0;
   }
   strcpy(str, "runoob");
   printf("String = %s,  Address = %p\n", str, str);
 
   /* 重新分配内存 */
   char *ptr = (char *) realloc(str, 25);
   if(ptr==NULL)   //判断内存是否重新分配成功
   {
       perror("realloc");
       return 0;
   }
   str=ptr;    //分配成功将重新开辟的内存的首地址赋给原指针
   strcat(str, ".com");
   printf("String = %s,  Address = %p\n", str, str);
 
   free(str);  //释放开辟的内存空间
   str=NULL;   //指针置空
   
   return 0;
}

四.常见的动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

例：

int main()
{
	int* arr = (int*)malloc(1000000000000000);
	*arr = 1;
	printf("%d\n", *arr);
	free(arr);
	arr = NULL;
	return 0;
}

有时候由于我们未对动态开辟的内存检查，而导致我们后面使用了空指针；

调试时发现arr是空指针，所以程序什么也没有输出；

所以在使用完动态内存开辟函数后，一定要对返回值进行检查！

2.对动态开辟空间的越界访问

其实这就和数组类似，数组不能越界访问，动态开辟的空间也不能越界访问；

例：

int main()
{
	int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));   //开辟5个元素的空间
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i;
	}
	free(arr);
	arr = NULL;
	return 0;
}

3.对非动态开辟内存使用free释放

上文中讲到这是C标准未定义的，所以取决于编译器，编译器不同，对这种情况的处理也不同；

下面我们来看看在 vs2022 中是怎么处理这种情况的：

可以看到程序直接崩溃了，所以最好还是要避免这种情况。

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

例：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 0;
	}
	*p++ = 1;  //改变p指针的位置
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

程序又直接崩溃了，所以不可以乱动 p 的位置，否则将会导致较为严重的后果；

5.对同一块动态内存多次释放

例：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(20);
	free(p);
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

程序再次崩溃。

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

当我们开辟完动态内存，却忘记使用free函数释放，这就会导致内存泄漏的问题，刚开是我们并不会注意到，可是当时间久了，你就会发现你的电脑越来越卡，你的电脑的内存快被吃完了；所以使用free函数释放所开辟的内存空间是一定不能忘记的。

void test()
{
    int *p = (int *)malloc(100);
    if(NULL != p)
    {
        *p = 20;
    }
}
int main()
{
    test();
    while(1);
    return 0;
}

以上代码运行起来时，按电脑上的 ctrl + shift + esc 打开任务管理器，你就会发现这个程序一直在吃内存。