C语言学习之动态内存管理

1、问什么要动态内存管理？

在进行数据存储的时候，我们经常的做法是利用数组开辟指定大小的空间用以存储数据，但是数组的具体大小取决于输入的数据，因此往往在程序运行时才知道所需数组的内存空间的大小。为了达到对内存空间的合理使用，这就要就我们根据输入数据的不同来开辟不同大小的内存空间，继而出现动态内存分配。动态内存分配在程序运行时为指定的变量分配内存，其分配的内存空间位于堆区。此外，在栈区可开辟的空间大小小于堆区，因此在需要开辟较大的内存空间时，也需要使用动态内存分配。

2、动态内存分配函数

 malloc、calloc、realloc之间的联系与区别：malloc、calloc函数均用于在堆区开辟指定大小的内存空间，但是malloc函数在开辟时，只是开辟指定大小的内存空间，不对开辟好的内部才能进行初始化操作，而callo函数在开辟空间的同时对该空间的内容初始化为0，其返回值的类型均为void *。realloc函数用来修改已经分配好内存空间的大小，其返回值也为void*；realloc函数在调整内存空间时的两种情况：①原有空间之后有足够大小的空间：这种情况在进行内存扩增的时，直接在原有空间的基础上进行扩增，返回值仍为原空间的地址；②原有内存空间之后的空间不足：这种情况在进行内存扩增时，则在堆区重新找到一块合适且连续的内存空间，并把原来空间的内容拷贝至新的内存上，最后返回新开辟内存空间的地址。在使用完所开辟的空间之后，需要使用free函数对开辟的空间进行释放，释放后的指针为野指针，需要置为空。若未释放开辟的空间，则会造成内存泄漏的问题。

//函数原型
void *malloc(size_t size);  //开辟大小为size的内存空间
int *ptr = (int *)malloc(1000);

void *calloc(size_t num, size_t size);   //开辟num个大小为size的空间
int *ptr1 = (int *)calloc(100,sizeof(int));

void *realloc(void *ptr, size_t size);   //修改ptr指向的空间大小为size
int *p = (int *)realloc(ptr, 100);

内存空间的开辟、验证即释放

int *ptr = (int *)malloc(100);
if(NULL == ptr){
    perror("malloc error ");
    return -1;
} 
//....对空间进行操作
free(ptr);
ptr = NULL;

3.柔性数组：用以解决结构体中需要变长数组的问题

在学习完动态内存分配之后，对于变长数组的空间开辟，我们首先想到的是进行动态内存分配，但是如果需要在结构体内定义一个变长数组该如何处理？对于这个问题有两种解决方案，一种是对结构体和结构体内的变长数组使用两次动态内存分配，另一种是使用柔性数组。在实际的操作中，第二种方式会明显比第一种简单，这里所说的简单主要体现在方便内存释放上。下边给出两种方式下的编码demo:

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

struct a{
	int num;
	char arr[0];//利用柔性数组实现变长空间的数组开辟
};

struct array{
	int num;
	int *mem;  //指向变长的数组
};

int main()
{
	//方式2：
	struct a *p = (struct a*)malloc(sizeof(struct a) + 100 * sizeof(char));
	if (null == p){
		perror("error: ");
		return -1;
	}
	p->num = 100;
	for (int i = 0; i < p->num; i++){
		p->arr[i] = i;
	}
	free(p);

	//在结构体中形成变长的数组：方式一：
	struct array *arr = (struct array *)malloc(sizeof(struct array));
	if (null == arr){
		perror("error:");
			return -1;
	}

	arr->num = 100;
	arr->mem = (int *)malloc(arr->num*sizeof(int));
	if (null == arr->mem){
		perror("error:");
		free(arr);
		return -2;
	}

	//如何释放空间：释放由内向外，申请由外向内
	free(arr->mem);
	free(arr);

	system("pause");
	return 0;
}