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大家好！在实现动态通讯录的时候，我用到了malloc 和realloc动态申请内存，现在我们就来好好聊一聊动态内存管理。

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?首发时间：?2021年9月28日?
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?1.C语言动态内存管理库函数介绍

?1.1为什么存在动态内存管理

我们已经掌握的内存开辟方式有：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

但是上述的开辟空间的方式有两个特点：

1. 空间开辟大小是固定的。
2. 数组在申明的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。

但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道，那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。也就是说当我们在定义变量时并不知道会使用多少的内存，这时候就需要进行动态内存开辟！
上述两种开辟内存方法一个在栈上开辟，一个在堆上开辟。
在C语言或内置的库中有能够进行动态内存开辟的库函数。

?1.2动态内存管理函数

?1.2.1malloc

//Allocates memory blocks.void *malloc( size_t size );

参数size_t size表示需要开辟的内存的字节数。该函数会返回开辟好内存的首地址，如果开辟失败返回NULL。

比如使用malloc函数开辟拥有10个整型元素的数组，那需要开辟的字节数为40字节。

#include #include int main(){	//使用malloc开辟一个含10个的整型元素数组	int* arr = NULL;	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//为数组开辟内存	if (p == NULL)	{		printf("内存申请失败！/n");		exit(-1);//内存申请失败，程序没有再进行的必要，直接强制结束程序	}	arr = p;//确认内存开辟成功再将此内存交给数组	p = NULL;	int i = 0;	for (i = 0; i < 10; i++)	{		arr[i] = i + 1;		printf("%d ", arr[i]);	}	return 0;}

因为malloc函数的返回值类型为void*，所以需要将已经开辟好的内存的首地址强制转换成整型指针类型。

运行结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10D:/gtee/C-learning-code-and-project/test_928/Debug/test_928.exe (进程 22188)已退出，代码为 0。按任意键关闭此窗口. . .

?1.2.2free

对于动态内存开辟的空间，开辟的地址是在堆上的，使用完了是需要返还给操作系统的，C语言中专门有一个回收动态开辟内存的函数——free。当然，程序结束时，会自动释放内存。

//Deallocates or frees a memory block.void free( void *memblock );

参数void *memblock表示动态开辟内存的首地址，注意这个地址只能是动态开辟内存的首地址，其他的地址都不行！如果传入的地址为NULL，则这个函数什么都不会做。
在上面所举例创建10个整型数组的程序中，就忽略了动态内存的释放，存在内存泄漏的风险。所以正确完整的程序应该为：

#include #include int main(){	//使用malloc开辟一个含10个的整型元素数组	int* arr = NULL;	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);//为数组开辟内存	if (p == NULL)	{		printf("内存申请失败！/n");		exit(-1);//内存申请失败，程序没有再进行的必要，直接强制结束程序	}	arr = p;//确认内存开辟成功再将此内存交给数组	p = NULL;	int i = 0;	for (i = 0; i < 10; i++)	{		arr[i] = i + 1;		printf("%d ", arr[i]);	}	free(arr);//有借有还，再借不难	arr = NULL;//好习惯：内存释放后，将指针变量置空	return 0;}

运行结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10D:/gtee/C-learning-code-and-project/test_928/Debug/test_928.exe (进程 23232)已退出，代码为 0。按任意键关闭此窗口. . .

内存泄漏的危害：
如果动态内存已经使用完了，但不还给操作系统，也就是没有释放内存，就有可能造成内存泄漏的风险。对于其危害，举个栗子，如果在服务器上存在内存泄漏，则可能造成服务器崩溃。因为服务器是一直工作的，一旦存在内存泄漏，使用完的内存不还回去，久而久之，服务器内存被占用的越来越多，终有一天由于内存不足而造成服务器崩溃。

?1.2.3calloc

该函数功能与malloc非常相似，仅仅多了个初始化的功能，就是说在动态内存开辟时，自动将内存中的元素初始化为0。

//Allocates an array in memory with elements initialized to 0.void *calloc( size_t num, size_t size );

参数size_t num表示元素个数，size_t size表示每个元素所占字节数大小。

int main(){	//使用malloc开辟一个含10个的整型元素数组	int* arr = NULL;	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//为数组开辟内存	if (p == NULL)	{		printf("内存申请失败！/n");		exit(-1);//内存申请失败，程序没有再进行的必要，直接强制结束程序	}	arr = p;//确认内存开辟成功再将此内存交给数组	p = NULL;	int i = 0;	for (i = 0; i < 10; i++)	{		printf("%d ", arr[i]);	}	free(arr);//有借有还，再借不难	arr = NULL;//好习惯：内存释放后，将指针变量置空	return 0;}

运行结果：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0D:/gtee/C-learning-code-and-project/test_928/Debug/test_928.exe (进程 29776)已退出，代码为 0。按任意键关闭此窗口. . .

?1.2.4realloc

该函数能够在保留原数据的情况下，对动态申请内存的大小进行调整，通常用来对数组或者链表等数据结构进行扩容。该函数在调整动态内存大小时有以下两个细节：

1. 如果原申请内存地址后连续空间大于调整空间大小，则在原地址进行内存调整。
2. 如果原申请内存地址后连续空间小于调整空间大小，则在其他内存足够地方进行调整，并将原数据拷贝到新内存和释放原来申请内存的空间。

如果调整失败，返回NULL，调整成功返回新申请内存的首地址。

//Reallocate memory blocks.void *realloc( void *memblock, size_t size );

参数void *memblock表示需要调整空间的首地址（必须为动态开辟的内存空间），参数size_t size表示调整后内存的字节数。

将动态申请的整型数组元素个数调整至20。

int main(){	//使用malloc开辟一个含10个的整型元素数组	int* arr = NULL;	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//为数组开辟内存	if (p == NULL)	{		printf("内存申请失败！/n");		exit(-1);//内存申请失败，程序没有再进行的必要，直接强制结束程序	}	arr = p;//确认内存开辟成功再将此内存交给数组	p = NULL;	//增加数组元素个数为20	p = (int*)realloc(arr, sizeof(int) * 20);	if (p == NULL)	{		printf("内存调整失败！/n");		exit(-1);//内存调整失败，程序没有再进行的必要，直接强制结束程序	}	arr = p;	p = NULL;	int i = 0;	for (i = 0; i < 20; i++)	{		arr[i] = i + 1;		printf("%d ", arr[i]);	}	free(arr);//有借有还，再借不难	arr = NULL;//好习惯：内存释放后，将指针变量置空	return 0;}

运行结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20D:/gtee/C-learning-code-and-project/test_928/Debug/test_928.exe (进程 7520)已退出，代码为 0。按任意键关闭此窗口. . .

?1.3动态内存管理函数易错点

?1.3.1对NULL指针的解引用操作

错误示范：

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);}

改正：

void test(){	int* p = (int*)malloc(INT_MAX / 4);	if (p == NULL)	{		printf("内存申请失败！/n");		exit(-1);//强制结束程序	}	*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题	free(p);}

?1.3.2对动态开辟空间的越界访问

错误示范：

void test(){	int i = 0;	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));	if (NULL == p)	{		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);}

改正：

void test(){	int i = 0;	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));	if (NULL == p)	{		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);}

?1.3.3对非动态开辟内存使用free释放

错误示范：

void test(){	int a = 10;	int* p = &a;	free(p);//对非动态开辟的内存释放是错误的，程序会崩溃}

改正：

void test(){	int* a = (int*)malloc(sizeof(int));	if (a == NULL)	{		exit(-1);//强制结束程序	}	*a = 10;	int* p = a;	free(p);//对非动态开辟的内存释放是错误的，程序会崩溃	p = NULL;	a = NULL;}

?1.3.4使用free释放一块动态开辟内存的一部分

错误示范：

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

改正：

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

?1.3.5对同一块动态内存多次释放

错误示范：

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

改正：

void test(){	int* p = (int*)malloc(100);	free(p);}

?1.3.6动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

错误示范：

void test(){	int* p = (int*)malloc(100);	if (NULL != p)	{		*p = 20;	}}int main(){	test();	while (1);//内存忘记示范，内存泄漏，程序崩溃}

改正：

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

?2.C语言动态内存管理库函数应用

?2.1常见相关笔试题

//1.Test运行结果是什么？void GetMemory(char* p) {	p = (char*)malloc(100);}void Test(void) {	char* str = NULL;	GetMemory(str);	strcpy(str, "hello world");	printf(str);}//2.Test运行结果是什么？char* GetMemory(void) {	char p[] = "hello world";	return p;}void Test(void) {	char* str = NULL;	str = GetMemory();	printf(str);}//3.Test运行结果是什么？void GetMemory(char** p, int num) {	*p = (char*)malloc(num);}void Test(void) {	char* str = NULL;	GetMemory(&str, 100);	strcpy(str, "hello");	printf(str);}//4.Test运行结果是什么？void Test(void) {	char* str = (char*)malloc(100);	strcpy(str, "hello");	free(str);	if (str != NULL)	{		strcpy(str, "world");		printf(str);	}}

题1：函数GetMemory的形参为char* p，p为该函数的局部变量，作用域在函数内部，出了函数该变量就被销毁了，并且没有对申请好的内存进行释放。所以参数str传入函数GetMemory后，其值不会改变，仍为NULL，空地址是不能被用户访问修改的，因此程序崩溃。

题2：p为GetMemory函数内部的局部变量，该函数运行完后，其栈帧被销毁，在函数外得到返回的地址并访问属于非法访问，打印该地址的字符串，如果该空间没有被覆盖，能够打印hello world，否则打印随机值。调用printf函数是有可能覆盖该地址的，所以极大概率打印的是随机值。

运行结果：

烫烫烫烫烫烫烫烫8D:/gtee/C-learning-code-and-project/test_928/Debug/test_928.exe (进程 23592)已退出，代码为 0。按任意键关闭此窗口. . .

题3：该程序虽然会输出hello，但是是存在内存泄漏