一、为什么存在动态内存分配？

        已经掌握的内存方式：

int val = 100;
char a[100= = {0};

        上述开辟方式有两个特点：

1. 空间开辟大小是固定的。
2. 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。

        有时候，程序所需要的内存只有在程序运行时才能知道，那数组的编译时开辟空间的方法就不能满足了，这时只能采用动态内存开辟了。

二、动态内存函数

2.1malloc函数

        C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void* malloc(size_t size);

 这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

1. 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
2. 如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做好检查。
3. 返回值类型是void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候由使用者决定。
4. 如果size = 0，malloc的行为标准是未定义的，取决于编译器。 

2.2free函数

        动态申请的内存当程序退出时，是不会主动释放的。C语言提供了另一个函数，用来回收和释放动态内存。

void free(void* ptr);

        free函数是用来释放动态开辟的内存：

1. 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。
2. 如果参数ptr是NULL指针，则函数什么都不做。

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; ++i){printf("%d\n", *(p + i));}free(p);p = NULL;return 0;
}

        这段代码中，指针p本身在栈区，而动态开辟的空间存在于堆区，在堆区的空间被释放之后，p失去了指向的内容，所以应该主动将p置为NULL。

2.3calloc函数

        calloc函数也用来进行动态内存分配。

void* calloc(size_t num, size_t size);

        calloc函数的功能为：

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

2.4realloc函数 

        realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。realloc函数可以做到对动态开辟的内存进行大小调整。

void realloc(void* ptr, size_t size);

1. ptr是需要调整的内存地址。
2. size是调整之后的新大小。
3. 返回值为调整后的内存起始地址。
4. 这个函数在调整原函数内存空间大小的基础之上，还会将原来内存中的数据转移到新的空间。
5. 调整内存空间时有两种情况：
   1. 原有空间之后有足够大的空间，那就直接在原有内存之后追加空间，原来空间的数据不发生变化。
   2. 原有空间之后没有足够多的空间，则在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用，这样函数返回的是一个新的内存地址，旧的空间被释放。

3.常见的动态内存错误

3.1对NULL指针的解引用操作

void test()
{int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题free(p);
}

        在对动态开辟的空间进行操作时，尽量进行空指针检测。

3.2对动态开辟空间的越界访问 

void test()
{int i = 0;int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));if (p == NULL){exit(EXIT_FAILURE);}for (i = 0; i <= 10; i++){*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问}free(p);
}

        访问超出已分配内存范围的数据会导致未定义行为，这意味着程序的行为是不可预测的，可能看似正常运行，但实际上存在隐患。 

3.3对非动态开辟内存使用free函数释放 

void test()
{int a = 10;int* p = &a;free(p);//ok?
}

         对非动态开辟的内存使用free函数会导致未定义行为，甚至可能影响到内存管理库内部的状态，它可能会破坏内存管理机制，导致内存泄漏或者其他更严重的错误。

3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

void test()
{int *p = (int *)malloc(100);++p;free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}

         如果你试图释放部分内存，整个原先分配的内存块都会被释放，而不是仅仅释放指定的部分。

3.5对同一块动态内存多次释放 

void test()
{int* p = (int*)malloc(100);free(p);free(p);//重复释放
}

         重复释放可能会导致程序崩溃、内存管理错误、数据损坏等严重问题。这种错误的影响可能是间接的，可能不会立即显现出来，但在后续的程序执行中会引起各种问题。

3.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏） 

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

         忘记释放不再使用的动态开辟的空间会导致内存泄漏。切记：动态开辟的空间一定要正确的释放。

四、C/C++内存的开辟

        内存空间可以划分为内核空间（用户代码不能读写）、栈区（向下增长）、内存映射段（文件映射、动态库、匿名映射）、堆区（向上增长）、数据段（全局变量、局部变量）以及代码段（可执行代码/只读常量）。

1. 栈区（stack）：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，这些存储单元被自动释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址的等。
2. 堆区（heap）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。
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（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

五、柔性数组

        在C99中，结构体中最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员。

typedef struct st_type
{int i;int a[0];
}type_a;typedef struct st_type
{int i;int a[];
}type_b;

柔性数组的特点： 

1.  结构体中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
2. sizeof返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
3. 包含柔性数组成员的结构用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的大小，以适应柔性数组的预期大小。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>typedef struct s
{int n;int a[];
}type_a;int main()
{int i = 0;type_a* p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a) + 100 * sizeof(int));if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}p->n = 100;for (int i = 0; i < 100; ++i){p->a[i] = 1;}//空间不够，使用realloc进行扩容type_a* p1 = (type_a*)realloc(p, sizeof(type_a)+ 120*sizeof(int));if (p1 == NULL){perror("realloc");return 1;}p = p1;p->n = 120;for (int i = 0; i < 120; ++i){printf("%d\n", p->a[i]);}return 0;
}

         柔性数组应用场景并不是特别丰富。