C語言程序設(shè)計(jì)中，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配如何實(shí)現(xiàn)，需要注意哪些問題？

1、動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配用malloc函數(shù)，他的函數(shù)原型

void * malloc (size_t size);

malloc有一個(gè)參數(shù)size，表示需要申請(qǐng)的內(nèi)存空間大小，單位是字節(jié)。

• 分配的內(nèi)存空間連續(xù)，如果沒有空閑內(nèi)存，可能分配失敗
• 返回值為void*類型，也就是沒有確定具體的數(shù)據(jù)類型，由用戶自己決定，也就是需要強(qiáng)制數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換

// 動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配


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


#define SIZE 5


void display(int *p, int n){
    int i;
    for(i = 0; i < n; i ++){
        printf("%5dn", p[i]);
    }
}


int main(){
    int *p = (int *)malloc(SIZE * sizeof(int));
    if(!p) exit(-1);
    for(int i = 0; i < SIZE; i ++){
        p[i] = i;
    }
    display(p, SIZE);
    free(p);
    return 0;
}

案例中，分配了一個(gè)大小為SIZEsizeof(int)個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間，強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為int類型，并由指針p指向該內(nèi)存空間。

sizeof(int *); // 求出int *類型變量占據(jù)的內(nèi)存大小
sizeof(int);// 求出int類型變量占據(jù)的內(nèi)存大小
int *p; sizeof(*p); // 求出指針p所存放的地址占據(jù)的內(nèi)存大小

假設(shè)int類型變量占據(jù)4個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，那么總共分配了20個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間。

2、malloc分配的內(nèi)存屬于堆內(nèi)存

所謂堆內(nèi)存，他的生命周期與進(jìn)程相同。

int* initArr(){
    int *p = (int *)malloc(SIZE * sizeof(int));
    if(!p) exit(-1);
    for(int i = 0; i < SIZE; i ++){
        p[i] = i;
    }
    return p;
}


int main(){
    int *p = initArr();
    display(p, SIZE);
    free(p);
    return 0;
}

案例中，雖然動(dòng)態(tài)內(nèi)存是在函數(shù)initArr中申請(qǐng)到的，它的作用域應(yīng)該是函數(shù)內(nèi)部，但是在主函數(shù)main中依然可以使用這個(gè)內(nèi)存，正是由于該內(nèi)存屬于堆內(nèi)存，生命周期與進(jìn)程相同，不會(huì)因?yàn)楹瘮?shù)調(diào)用結(jié)束而釋放。

同樣的，正是因?yàn)樵搩?nèi)存沒有釋放，才可以在函數(shù)display中繼續(xù)使用。

3、內(nèi)存釋放函數(shù)free，函數(shù)原型

void free(void *ptr)

由于malloc申請(qǐng)的內(nèi)存屬于堆內(nèi)存，生命周期較長，所以在使用完之后，如果后面的程序再也用不到該內(nèi)存，就應(yīng)該提前將其釋放，釋放malloc申請(qǐng)的內(nèi)存用free函數(shù)。

free函數(shù)有一個(gè)參數(shù)，指向?qū)⒁尫诺膬?nèi)存塊，所以是一個(gè)指針，沒有返回值。

上面的案例中，在主函數(shù)返回之前，內(nèi)存使用完之后，就直接釋放了該內(nèi)存。需要注意的是，如果后面還需要繼續(xù)使用該內(nèi)存，切不可提前釋放。

int main(){
    int *p = initArr();
    free(p);
    display(p, SIZE);
    return 0;
}

這必然是一個(gè)錯(cuò)誤的示例，如果提前釋放了該內(nèi)存，后面就找不到相應(yīng)的內(nèi)存，也就不能繼續(xù)對(duì)該空間進(jìn)行操作。

free(p);
p=NULL;

在釋放動(dòng)態(tài)內(nèi)存之后，最好將原來的指針設(shè)置為空，防止指針p成為野指針被使用。

4、malloc數(shù)組的溢出

#define SIZE 5
#define N 7


int* initArr(){
    int *p = (int *)malloc(SIZE * sizeof(int));
    if(!p) exit(-1);
    for(int i = 0; i < N; i ++){
        p[i] = i;
    }
    return p;
}


int main(){
    int *p = initArr();
    display(p, N);
    free(p);
    return 0;
}

案例打印的結(jié)果如下

0
    1
    2
    3
    4
    5
    6

是的，你沒有看錯(cuò)，本來申請(qǐng)的是5個(gè)元素空間，這里打印了7個(gè)元素，而且沒有報(bào)錯(cuò)。這就是mallo函數(shù)申請(qǐng)的內(nèi)存與靜態(tài)數(shù)組的區(qū)別，malloc申請(qǐng)的內(nèi)存屬于堆內(nèi)存，雖然指定的內(nèi)存只有5個(gè)元素大小，但是后面依然可以訪問。

這是一個(gè)非常危險(xiǎn)的操作，因?yàn)槟悴恢涝浇缰螅瑢?duì)越界后的內(nèi)存修改，會(huì)不會(huì)影響其他程序。

int a[5];
for(int i=0; i < 6; i ++){
  a[i]=i;
}

在這個(gè)靜態(tài)數(shù)組中，必然會(huì)報(bào)錯(cuò)，程序執(zhí)行到后面的時(shí)候，可能執(zhí)行失敗，因?yàn)橐呀?jīng)越界。靜態(tài)數(shù)組存儲(chǔ)在棧內(nèi)存中，屬于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，他不允許越界操作。

5、malloc函數(shù)可開辟的最大空間

malloc開辟的空間屬于堆內(nèi)存，靜態(tài)數(shù)組屬于棧內(nèi)存，兩者的最大容量存在差異。

#define SIZE 102400000000000
int *p = (int *)malloc(SIZE * sizeof(int));
if(!p) exit(-1);

在你的計(jì)算機(jī)上也許可以成功申請(qǐng)到這么大的內(nèi)存，但是如果用靜態(tài)數(shù)組，這個(gè)操作很可能失敗。

#define SIZE 102400000000000
int a[SIZE];
a[0]=0;
printf("%dn", a[0]);

一般情況下，靜態(tài)數(shù)組允許申請(qǐng)的最大連續(xù)空間，小于動(dòng)態(tài)數(shù)組允許申請(qǐng)的最大連續(xù)空間。

6、calloc函數(shù)

void *calloc(size_t nitems, size_t size)

calloc函數(shù)與malloc函數(shù)功能相同，不同點(diǎn)是：calloc函數(shù)會(huì)對(duì)所有元素進(jìn)行初始化，初始化為0。

calloc函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是將要申請(qǐng)的元素個(gè)數(shù)，第二個(gè)參數(shù)是每個(gè)元素的內(nèi)存大小。

int* initArr2(){
    int *p = (int *)calloc(SIZE, sizeof(int));
    if(!p) exit(-1);
    return p;
}


int main(){
    int *p = initArr2();
    display(p, N);
    free(p);
    return 0;
}

案例中，申請(qǐng)了一個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)存，并對(duì)該內(nèi)存進(jìn)行初始化，所有元素都是0，因此，在不給每個(gè)元素賦值的情況下，打印出來的全部是0。

calloc函數(shù)分配的內(nèi)存也是堆內(nèi)存，他與malloc相同，存在的問題也相同。

7、realloc函數(shù)

嘗試重新調(diào)整之前調(diào)用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的內(nèi)存塊的大小。

void *realloc(void *ptr, size_t size)

第一個(gè)參數(shù)表示指向已經(jīng)申請(qǐng)到的動(dòng)態(tài)內(nèi)存塊，如果為空指針，則會(huì)重新分配一個(gè)新內(nèi)存塊。第二個(gè)參數(shù)表示新內(nèi)存塊的大小，可以比原來的內(nèi)存塊大，也可以比原來內(nèi)存塊小。

int* initArr3(int *p){
    int *pnew = (int *)realloc(p, (SIZE + SIZE) * sizeof(int));
    if(!pnew) exit(-1);
    for(int i = 0; i < N; i ++){
        pnew[i] = i;
    }
    return pnew;
}


int main(){
    int *p = initArr3(NULL);
    display(p, N);
    free(p);
    return 0;
}

傳入的參數(shù)為NULL，可以重新分配一個(gè)內(nèi)存塊。

int main(){
    int *p = initArr2();
    display(p, N);
    int *pnew = initArr3(p);
    display(pnew, N);
    // display(p, N);//此時(shí)原來的數(shù)組已經(jīng)不存在
    free(pnew);
    return 0;
}

傳入一個(gè)已經(jīng)指向的內(nèi)存，在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)大或者縮小，返回新內(nèi)存的首地址。原來的內(nèi)存將會(huì)被釋放。

realloc函數(shù)與malloc、calloc函數(shù)類似，也會(huì)存在malloc函數(shù)類似的問題。

以上是C語言動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存的相關(guān)內(nèi)容，動(dòng)手嘗試驗(yàn)證一下上述問題。