一、为什么有动态内存分配

在进入正文前，我们简单了解一下变量在内存中的位置（在最后具体讲）：

函数形参，局部变量：栈区

动态开辟的空间：堆区

全局变量，静态变量（static修饰的变量）：静态区

我们现在掌握的内存开辟方式：

int val = 3;  //在栈区开辟了一块4个字节的空间

char arr[9];  //在栈区开辟了9个字节的连续空间

上面开辟空间的方式有两个特点：

• 空间开辟的大小是固定的
• 数组在声明时，必须指定数组的长度，数组空间一旦确定大小就不能调整 

然而，在使用空间时，仅仅是上面的方式不能满足我们的需求。我们往往只有在程序运行后才知道要使用多少空间，而数组的空间在编译时就确定了，无法满足我们的需求。 

例如：char arr[100]; 之后我们输入了20个字符，空间过大产生浪费；但是我们输入200个字符，空间不够，内存泄漏。

这时候我们就可以使用动态内存分配来解决。

二、动态内存分配函数

动态内存分配函数的定义都在头文件stdlib.h中，使用前一定要包含该头文件。

2.1 malloc

2.1.1 介绍

功能：向堆区申请一块连续可用的空间

返回值：返回指向该块空间的指针（void*类型）

说明：

• 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NULL指针，因此一定要对malloc的返回值做检查。
• 返回值的类型是void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用时使用者自己来决定。
• 如果参数size为0，malloc的行为的标准未定义，取决于编译器。

2.1.2 使用

2.2 free

2.2.1 介绍

 

功能：释放动态开辟的内存

返回值：void

说明：

• 如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那free的行为是未定义的。
• 如果参数ptr是NULL指针，则free什么都不会做。

2.2.2 使用

在上面的代码中，我们并没有释放动态开辟的空间，这里将它不全。

为什么释放完p指向的动态空间后要将p置为空指针？

malloc动态开辟空间后，那块空间我们就能随意使用。但是，当free释放掉那块空间后，那块空间的使用权限还给了操作系统，而free并不会改变p的值，这时p指向的是未知空间，p为野指针。

结论：free释放动态空间后，要将指向该空间的指针置为空指针。

2.3 calloc

2.3.1 介绍

功能：与malloc一样，开辟一块连续空间

返回值：返回指向该块空间的指针

说明：

• 第一个参数为元素个数，第二个参数为每个元素的大小
• 为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把空间每个字节初始化为0
• 其他都与malloc一样 

2.3.2 使用

所以，当我们对动态开辟的空间的内容有初始化的需求，就可以使用calloc一次性完成。

2.4 realloc

2.4.1 介绍

功能：可以对已经动态开辟的内存空间进行调整。

返回值：返回指向调整后的空间的指针。

说明：

• ptr是要调整的内存地址。
• size是调整后的新大小。
• 返回值为调整之后的起始位置。
• 该函数调整原空间的内存大小的基础上，会把元内存中的数据移动到新的空间。

realloc在调整内存空间存在两种情况：

①情况1：原有的空间后面有足够的空间

这种情况，要扩展内存只要在原有内存后直接追加空间，原来的空间数据不发生变化。

②情况2：原有的空间后面没有足够的空间

这种情况，编译器会执行以下操作：

1. 在堆区的内存中找一个新的空间，并且新的空间大小要满足要求
2. 将原来空间的数据拷贝一份到新的空间
3. 释放旧的空间
4. 返回新的空间的起始位置

当然，还有第三种情况，也就是调整空间失败，返回NULL指针。 

2.4.2 使用

由于realloc调整失败会返回NULL，用含有有效地址的指针接受容易导致找不到这些有效的值，导致内存泄漏，所以会新建一个指针接受返回值，判断返回值不为空后赋值给要使用的指针。

输出：

三、常见的动态内存的错误

3.1 对NULL指针的解引用操作

大家可以看一下这代码是否正确？

这代码基本没有问题，但就错在没有判断malloc的返回值。

如果p为NULL，那这代码还能正常运行吗？肯定不行，就出现了对NULL指针解引用的操作。

3.2 对动态开辟空间的越界访问

这代码是否能发现错误呢？

很明显的，对动态开辟的空间越界访问了。

3.3 对非动态开辟内存使用free释放

这就是对非动态开辟空间使用free释放，会导致编译器报错。

记住：free只能对动态内存函数开辟的进行释放。

3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

这个代码看起来似乎没有问题，但每次循环，p指向的地址就发生一次变化：

如果对此时的p用free释放，会导致动态开辟的空间没能全部释放，会造成内存泄漏。

3.5 对同一块动态内存多次释放

我们这代码量很少，很荣就能看出来对同一块动态内存释放了两次，但代码多了就不一定了，这样同样会导致编译器报错。

3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

我们没有在函数中释放，之后这块内存就再也无法释放，而这程序不会结束，就会导致内存泄漏。

虽然程序结束也能自动释放，但是我们要养成自己手动释放不再使用的动态内存。

切记：动态开辟的空间一定要释放，而且要正确的释放。

四、动态内存经典笔试题

4.1 题目一

test函数运行后发生什么？

无法运行。原因就是str一直都是NULL，strcpy函数中对NULL解引用了。

具体分析一下：

4.2 题目二

同样，运行test后会发生什么。

为什么会出现乱码呢？为什么不是输出hello world呢？

具体分析一下：

4.3 题目三

这次运行又会发生什么呢？

输出完全符合，这代码没有一点问题。但真的是这样吗？

这代码出现了我们上面提到的常见错误中的一种：内存泄漏

在GetMemory进行传址调用，解决题目一的错误，但是在Test函数中，在使用完str后没有对str用free函数释放动态空间，这就导致了程序会出现内存泄漏的问题。

当然，细心的读者能发现没有检查malloc的返回值，前面的代码也都没有，这也是错误，所以我们在写代码时应当注意这些问题。

4.4 题目四

这个函数输出又是什么呢？

输出似乎没有问题，但编译器已经发出了警告：

为什么会有这两条警告呢？

首先第二条：自然是没有对malloc的返回值进行检查。

然后是第一条：我们发现，在free释放了str后，仍然使用str去使用并解引用了，这就出现了对野指针的解引用问题。在free释放了str后，str已经是野指针，所以前面强调free后要让指针置空。

这里就是对于动态内存中的4道笔试题，相信大家知道错在哪后能自己更改对代码，这里就不更改了，留给大家修改。

五、柔性数组

柔性数组这个概念你可能从来没听过，但是这个概念真实存在。在C99中，结构体最后一个成员允许是位置大小的数组，这也叫作【柔性数组】成员。

有些编译器对于这种柔性数组成员的写法会报错，可以改写成：

5.1 柔性数组的特点

• 结构体中的柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员。
• sizeof返回的这种结构体大小不包括柔性数组的内存。
• 包含柔性数组成员的结构体用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体的大小，以适应柔性数组的预期大小。

 

5.2 柔性数组的使用

既然无法通过定义变量直接使用，那么我们如何使用柔性数组呢？

就用第三个特点，使用malloc函数开辟动态空间后就能使用了。

5.3 柔性数组的优点

下面的代码也能实现上面的操作

虽然这两个代码可以完成同样的操作，但是柔性数组的代码有两个优点：

①第一个优点：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。

②第二个优点：有利于访问速度

连续的内存有利于提高访问速度，也有益于减少内存碎片。（虽然我觉得也没有提升多高，依然是使用偏移量的加法寻址） 。

六、C/C++中程序内存区域划分

C/C++程序内存分配的几个区域：

1. 栈区：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时，这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存储量有限。栈区主要存放运行运行函数而分配的局部变量，函数参数，返回数据，返回地址等。
2. 堆区：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能有OS回收。分配方式类似于链表。
3. 数据段（静态区）：存放全局变量，静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段：存放函数体（类似成员函数和全局变量）的二进制代码。

我们目前主要了解栈区，堆区和静态区即可。 

这就是动态内存管理的全部内容，感谢欣赏！！！