? 所謂動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理，就是使得內(nèi)存可以動(dòng)態(tài)開辟，想使用的時(shí)候就開辟空間，使用完之后可以銷毀，將內(nèi)存的使用權(quán)還給操作系統(tǒng)，那么動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存有什么用呢？

? 假設(shè)有這么一種情況，你在一家公司中工作，該公司開發(fā)了一款app，要有用戶來使用這款app，那么添加用戶信息的時(shí)候需要開辟內(nèi)存空間，但是該開辟的內(nèi)存空間又是不確定的，開辟小了不夠用，開辟多了又會浪費(fèi)內(nèi)存空間，以后如果繼續(xù)有用戶使用該app，又需要開辟內(nèi)存空間，所以這個(gè)時(shí)候就需要?jiǎng)討B(tài)開辟內(nèi)存空間，要用的時(shí)候就開辟，不用的時(shí)候就銷毀，這就是動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理存在的意義。

? 學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理主要是學(xué)習(xí)?4?個(gè)函數(shù)，分別是malloc，free，calloc，realloc 這四個(gè)函數(shù)，這幾個(gè)函數(shù)都被包含在 stdlib.h?頭文件里，使用的時(shí)候需要包含頭文件stdlib.h。接下來就來依次講解這四個(gè)函數(shù)。

? 值得注意的一點(diǎn)是，動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理對于以后學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是必要知識，只有學(xué)好了動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理，才能學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

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目錄

1? malloc函數(shù)

2? free函數(shù)

3? calloc函數(shù)

4? realloc函數(shù)

5? 動(dòng)態(tài)內(nèi)存的注意事項(xiàng)

1） 一定要檢查動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存是否成功

2） 防止對非動(dòng)態(tài)開辟的內(nèi)存進(jìn)行釋放

?3） 要避免使用free函數(shù)釋放一部分動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存

4） 防止對同一塊內(nèi)存空間進(jìn)行多次釋放?

5） 動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存后，一定要記得使用free函數(shù)釋放

6? 柔性數(shù)組

1） 柔性數(shù)組的定義

2） 柔性數(shù)組的特點(diǎn)

?3） 柔性數(shù)組的使用

4） 柔性數(shù)組的優(yōu)勢

7? C/C++在內(nèi)存中的區(qū)域劃分

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1? malloc函數(shù)

使用malloc函數(shù)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

malloc函數(shù)

1	malloc函數(shù)的參數(shù)為字節(jié)，也就是想要開辟空間的字節(jié)數(shù)
2	如果開辟失敗，那么malloc函數(shù)的返回值為空指針
3	如果開辟成功，那么malloc函數(shù)的返回值為viod*，需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為想要開辟空間數(shù)據(jù)的指針類型，如：int*，float*等等
4	如果參數(shù)size為0，那么malloc的行為是未定義

使用malloc函數(shù)的例子如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int main()
{ //malloc返回值需要強(qiáng)轉(zhuǎn)為int*int num = 0;scanf("%d", &num);int* arr = (int*)malloc(sizeof(num) * 20);//參數(shù)為字節(jié)//使用malloc的時(shí)候一定要判斷返回值，如果開辟失敗，那么退出程序if (arr == NULL){//perror函數(shù)的功能為打印錯(cuò)誤信息perror("malloc fail！\n");//exit為退出函數(shù)exit(1);}//開辟成功for (int i = 0; i < num; i++){scanf("%d", &arr[i]);}for (int i = 0; i < num; i++){printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

? 在上述代碼中， 共開辟了10個(gè)空間，依次向arr數(shù)組里面輸入了1,2,3,4,5,6,7,8,9,10這10個(gè)數(shù)據(jù)。

? 在代碼中最關(guān)鍵的一段代碼就是判斷malloc返回值與強(qiáng)轉(zhuǎn)的那兩段代碼，在動(dòng)態(tài)開辟數(shù)據(jù)時(shí)，一定要判斷?malloc函數(shù)返回值，也就是判斷有沒有成功動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存空間。

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2? free函數(shù)

? free函數(shù)的功能主要是用來釋放動(dòng)態(tài)開辟的空間，也就是將內(nèi)存空間的使用權(quán)歸還給操作系統(tǒng)，其注意事項(xiàng)有以下兩條：

free函數(shù)注意事項(xiàng)

1	free函數(shù)的參數(shù)為指針類型，這個(gè)指針?biāo)赶虻目臻g必須是動(dòng)態(tài)開辟的，否則其行為是未定義的
2	如果參數(shù)ptr為NULL，那么free函數(shù)什么都不做

? free函數(shù)一般是配合其他動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存的函數(shù)使用，如malloc函數(shù)，還有之后的calloc，realloc函數(shù)，值得注意的一點(diǎn)是，動(dòng)態(tài)開辟的內(nèi)存一定要使用free函數(shù)釋放掉內(nèi)存，否則可能會出現(xiàn)內(nèi)存泄露的情況，正確使用free函數(shù)的例子如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int main()
{ //malloc返回值需要強(qiáng)轉(zhuǎn)為int*int num = 0;scanf("%d", &num);int* arr = (int*)malloc(sizeof(num) * 20);//參數(shù)為字節(jié)//使用malloc的時(shí)候一定要判斷返回值，如果開辟失敗，那么退出程序if (arr == NULL){//perror函數(shù)的功能為打印錯(cuò)誤信息perror("malloc fail！\n");//exit為退出函數(shù)exit(1);}//開辟成功for (int i = 0; i < num; i++){scanf("%d", &arr[i]);}for (int i = 0; i < num; i++){printf("%d ", arr[i]);}//使用完之后用free函數(shù)銷毀動(dòng)態(tài)開辟的空間free(arr);//釋放完之后記得要把指針置為NULL，否則arr會變成野指針arr = NULL;return 0;
}

? 在上述代碼中，使用完free函數(shù)釋放了arr指針?biāo)赶虻膭?dòng)態(tài)開辟的空間，也就是把動(dòng)態(tài)開辟的空間還給了操作系統(tǒng)，但是arr指針本身還是指向原來動(dòng)態(tài)開辟的空間，所以釋放完之后，要把a(bǔ)rr置為NULL，否則arr就變成了野指針，會越界訪問。

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3? calloc函數(shù)

? calloc函數(shù)不同于以上兩個(gè)函數(shù)，calloc函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是想要?jiǎng)討B(tài)開辟空間的元素個(gè)數(shù)，另一個(gè)參數(shù)是想要?jiǎng)討B(tài)開辟的每個(gè)元素的字節(jié)大小，如開辟10個(gè)整型空間，就可以這樣寫：

calloc(10, sizeof(int))

calloc函數(shù)與malloc函數(shù)的相同點(diǎn)與區(qū)別

	相同點(diǎn)	區(qū)別
1	返回值都為void*，都需要對返回值進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換	malloc函數(shù)只有一個(gè)參數(shù)，為開辟的空間字節(jié)的大小，calloc函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是開辟空間元素的個(gè)數(shù)，第二個(gè)參數(shù)是每個(gè)元素的字節(jié)數(shù)
2	都是開辟成功會返回動(dòng)態(tài)開辟空間首元素地址，開辟失敗返回NULL	calloc函數(shù)會將所有元素初始化為0，malloc不會，只是開辟空間，不進(jìn)行初始化

使用calloc函數(shù)的例子如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int main()
{int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));//開辟失敗if (arr == NULL){perror("calloc fail！\n");exit(1);}//開辟成功for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", arr[i]);}//使用完之后要釋放free(arr);//釋放完之后置為NULLarr = NULL;return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

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4? realloc函數(shù)

? realloc函數(shù)是這四個(gè)函數(shù)里面最復(fù)雜的一個(gè)函數(shù)，其最復(fù)雜就是因?yàn)槠淠軌驅(qū)崿F(xiàn)增容。

? 不管是前面的malloc函數(shù)，還是calloc函數(shù)都只能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)開辟一塊空間，并不能根據(jù)已有空間來實(shí)現(xiàn)增容的效果，而realloc函數(shù)可以在原有空間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對原有空間的擴(kuò)大，所以有了realloc函數(shù)就可以對內(nèi)存空間做靈活的調(diào)整了。

? ?使用realloc函數(shù)的注意事項(xiàng)如下：

realloc函數(shù)注意事項(xiàng)

1	第一個(gè)參數(shù)為指向要擴(kuò)容的空間的指針
2	第二個(gè)參數(shù)為增容之后空間的大小，注意是增容之后空間的總大小，而不是增容的空間大小，如原來空間為10，想要增容10個(gè)空間，第二個(gè)參數(shù)為20
3	如果開辟成功，返回值為指向增容后所有空間的指針；如果開辟失敗，返回值為NULL

? 對于realloc函數(shù)增容，有兩種情況：

?1） 如果原有空間之后有足夠的空間來進(jìn)行增容，那么就會在原有空間之后追加空間，原有空間數(shù)據(jù)不變，返回值與第一個(gè)參數(shù)相同。

? 2） 如果原有空間后面的空間不夠要增容的空間大小，那么就會在內(nèi)存的堆區(qū)上另找一塊內(nèi)存空間大小（原有空間 + 要增容的空間）足夠的連續(xù)空間，并把原有空間的數(shù)據(jù)復(fù)制到新開辟的空間上，然后釋放舊空間，返回新開辟空間的首元素地址。

? 使用realloc函數(shù)的例子如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int main()
{int n = 0;scanf("%d", &n);int* arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);//先用一個(gè)中間變量來接收增容后的地址int* tmp = (int*)realloc(arr, sizeof(int) * 2 * n);//開辟失敗if (tmp == NULL){perror("realloc fail！\n");exit(1);}//開辟成功，將增容后空間地址賦給原有空間地址arr = tmp;n = 2 * n;for (int i = 0; i < n; i++){scanf("%d", arr + i);}for (int i = 0; i < n; i++){printf("%d ", arr[i]);}//使用完之后要銷毀free(arr);//銷毀之后置為NULLarr = NULL;return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

? 需要注意的一點(diǎn)是，在使用realloc函數(shù)增容的時(shí)候，一定要先用一個(gè)中間變量接受增容后的地址，一定要在確保開辟成功之后，再把增容后的地址賦給舊空間的地址，要是直接賦給舊空間的地址，一旦開辟失敗，那么舊空間就找不到了。

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5? 動(dòng)態(tài)內(nèi)存的注意事項(xiàng)

1） 一定要檢查動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存是否成功

? 如果不檢查動(dòng)態(tài)開辟空間函數(shù)的返回值，如果開辟失敗就會造成NULL指針的解引用，如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int main()
{int* arr = (int*)malloc(sizeof(int));*arr = 10;free(arr);arr = NULL;return 0;
}

? 在上述代碼里面，開辟成功了還好，一旦開辟失敗就會造成對NULL指針的解引用，勢必會報(bào)錯(cuò)，正確的代碼應(yīng)該這樣寫：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int main()
{int* arr = (int*)malloc(sizeof(int));//檢查返回值是否為NULLif (arr == NULL){perror("malloc fail！\n");exit(1);}//開辟成功*arr = 10;free(arr);arr = NULL;return 0;
}

2） 防止對非動(dòng)態(tài)開辟的內(nèi)存進(jìn)行釋放

? 對非動(dòng)態(tài)開辟的內(nèi)存進(jìn)行free函數(shù)釋放，其行為是未知的，如以下這個(gè)代碼：

#include<stdlib.h>int main()
{int arr[] = {1, 2, 4};free(arr);return 0;
}

在運(yùn)行的時(shí)候會出現(xiàn)下面這種情況：

?3） 要避免使用free函數(shù)釋放一部分動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存

? 在使用free函數(shù)釋放動(dòng)態(tài)開辟空間時(shí)，很容易讓指向動(dòng)態(tài)開辟空間的指針改變指向位置，如：

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>int main()
{int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (ptr == NULL){exit(1);}for (int i = 0;i < 10; i++){scanf("%d", ptr + i);}printf("%p ", ++ptr);free(ptr);ptr = NULL;
}

? 在上述代碼里面，在釋放空間的時(shí)候，ptr指針已經(jīng)不再指向原來動(dòng)態(tài)開辟空間的首元素的地址，而是指向的是第二個(gè)元素的地址，在運(yùn)行代碼時(shí)，vs編譯器也會發(fā)生錯(cuò)誤：

? 所以在動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存后，我們要避免改變動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存指針的指向。

4） 防止對同一塊內(nèi)存空間進(jìn)行多次釋放?

#include<stdlib.h>int main()
{int* ptr = (int*)malloc(40);if (ptr == NULL){exit(2);}free(ptr);free(ptr);return 0;
}

?運(yùn)行后，同樣會發(fā)生錯(cuò)誤：

? 所以在使用free函數(shù)釋放完空間之后，一定要記得把指針置為NULL，防止對其多次釋放。

5） 動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存后，一定要記得使用free函數(shù)釋放

? 動(dòng)態(tài)開辟的內(nèi)存會在以下兩種情況下歸還給操作系統(tǒng)：

（1） 程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)

（2） 使用free函數(shù)釋放時(shí)

? 所以一旦一個(gè)程序不停止運(yùn)行，而又沒有free函數(shù)主動(dòng)釋放內(nèi)存，就會造成動(dòng)態(tài)開辟的空間一直占用，內(nèi)存空間越來越少，就會造成內(nèi)存空間的浪費(fèi)，也就是內(nèi)存泄露。

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6? 柔性數(shù)組

1） 柔性數(shù)組的定義

? 在一個(gè)結(jié)構(gòu)體里面，最后一個(gè)元素允許是未知大小的數(shù)組，這個(gè)數(shù)組就叫做柔性數(shù)組成員。注意，柔性數(shù)組一定是在結(jié)構(gòu)體里面創(chuàng)建的。

? 上述定義可能比較抽象，下面舉個(gè)例子：

struct A
{int i;int a[0];
};

? 上述代碼里面的a數(shù)組就是柔性數(shù)組成員，數(shù)組元素個(gè)數(shù)為0，代表沒有成員。如果上述代碼在編譯器報(bào)錯(cuò)的話，也可以寫成以下代碼：

struct A
{int i;int a[];
};

? 上述代碼的a數(shù)組也是柔性數(shù)組，數(shù)組里面的元素個(gè)數(shù)不寫，也代表數(shù)組里面沒有元素。

2） 柔性數(shù)組的特點(diǎn)

? 柔性數(shù)組的特點(diǎn)如下：

柔性數(shù)組的特點(diǎn)

1	結(jié)構(gòu)體中的柔性數(shù)組成員前必須有一個(gè)成員
2	用 sizeof 關(guān)鍵字返回結(jié)構(gòu)體的大小不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存
3	包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)體用?malloc?函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配，且分配的內(nèi)存大小應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)體的大小，以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小??

如：

#include<stdio.h>typedef struct A
{int i;int a[0];
}A;int main()
{int size = sizeof(A);printf("%d ", size);return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果為：

通過上述代碼，可以看到，含有柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)體A，其大小確實(shí)為4個(gè)字節(jié)，不包含柔性數(shù)組成員a數(shù)組的大小。?

?3） 柔性數(shù)組的使用

? 對于含有一個(gè)柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)體，應(yīng)該使用malloc函數(shù)來動(dòng)態(tài)開辟空間，例如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>typedef struct A
{int x;int a[0];
}A;int main()
{A* pa = (A*)malloc(sizeof(A) + 10 * sizeof(int));//判斷是否開辟成功if (pa == NULL){perror("malloc fail！\n");exit(1);}pa->x = 10;for (int i = 9;i >= 0; i--){pa->a[i] = i;}printf("%d ", pa->x);for (int i = 0;i < 10;i++){printf("%d ", pa->a[i]);}//使用完不要忘記銷毀free(pa);//釋放后要置為NULLpa = NULL;return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果為：

上述代碼在使用malloc函數(shù)開辟帶有柔性數(shù)組結(jié)構(gòu)體成員的內(nèi)存空間時(shí)，malloc函數(shù)里面的參數(shù)應(yīng)寫的是 sizeof(A) + sizeof(int) * 10 ，而不是直接寫字節(jié)個(gè)數(shù)，這樣寫不僅不用計(jì)算結(jié)構(gòu)體的大小（結(jié)構(gòu)體存在內(nèi)存對齊現(xiàn)象，計(jì)算起來比較麻煩），而且比較直觀，后面的 sizeof(int) * 10 就是為柔性數(shù)組成員開辟的空間。

4） 柔性數(shù)組的優(yōu)勢

??其實(shí)上述柔性數(shù)組的功能也可以通過在結(jié)構(gòu)體里添加一個(gè)指針變量來達(dá)到，如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>typedef struct A
{int x;int* pi;
}A;int main()
{A* pa = (A*)malloc(sizeof(A));if (pa == NULL){perror("malloc1 fail！\n");exit(1);}pa->x = 10;pa->pi = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);if (pa->pi == NULL){perror("malloc2 fail！\n");exit(2);}for (int i = 9;i >= 0;i--){pa->pi[i] = i;}printf("%d ", pa->x);for (int i = 0;i < 10;i++){printf("%d ", pa->pi[i]);}//一定要先釋放結(jié)構(gòu)體里開辟的數(shù)組空間free(pa->pi);//再釋放開辟的結(jié)構(gòu)體空間free(pa);pa = NULL;return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果為：

可以看到在結(jié)構(gòu)體里添加一個(gè)指針變量同樣可以達(dá)到類似于柔性數(shù)組的功能，那么柔性數(shù)組相比于用指針來實(shí)現(xiàn)有什么優(yōu)勢呢？

柔性數(shù)組的優(yōu)勢

1	柔性數(shù)組容易進(jìn)行內(nèi)存釋放：通過上述兩種實(shí)現(xiàn)方式，我們可以看到，通過柔性數(shù)組實(shí)現(xiàn)只需要進(jìn)行一次free釋放，而使用指針實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行兩次free釋放，所以用柔性數(shù)組實(shí)現(xiàn)更容易進(jìn)行內(nèi)存釋放，不容易出現(xiàn)內(nèi)存泄露情況
2	柔性數(shù)組有利于提高訪問速度：在使用柔性數(shù)組實(shí)現(xiàn)時(shí)，只進(jìn)行了一次malloc動(dòng)態(tài)開辟空間，所以開辟的是一塊連續(xù)的內(nèi)存空間；而在使用指針實(shí)現(xiàn)時(shí)，進(jìn)行了兩次malloc動(dòng)態(tài)開辟空間，使其內(nèi)存不一定是連續(xù)的。所以使用柔性數(shù)組可以提高訪問速度，而且會有利于減少內(nèi)存碎片。

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7? C/C++在內(nèi)存中的區(qū)域劃分

? C語言或者C++語言共將內(nèi)存空間劃分為以下幾個(gè)區(qū)域：

內(nèi)存區(qū)域劃分

區(qū)域	存放內(nèi)容
棧區(qū)(Stack)	主要是用來進(jìn)行函數(shù)棧幀的創(chuàng)建，還用來存放一些局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回?cái)?shù)據(jù)與返回地址等，在堆上開辟的空間是在函數(shù)運(yùn)行完后被銷毀。
堆區(qū)(Heap)	向malloc、calloc、realloc函數(shù)動(dòng)態(tài)開辟的空間一般都在堆區(qū)上開辟，在堆區(qū)上開辟的空間要么是由程序員主動(dòng)釋放，要么是在程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，由操作系統(tǒng)自動(dòng)收回。
數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū))	主要用來存放全局變量和由static關(guān)鍵字修飾的靜態(tài)變量，在靜態(tài)區(qū)開辟的空間是在程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)由系統(tǒng)自動(dòng)釋放。
代碼段	用來存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。

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