【C】动态内存管理 malloc calloc relloc free 函数详解
1.为什么存在动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟方式有：
这种内存开辟，如果开辟多了，那么内存空间就会浪费
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，那数组编译时开辟空间的方式就不能满足了,这时候就只能试试动态存开辟了。
2.动态内存函数的介绍
2.1 malloc和free
malloc函数特点
C语言提供了一个动态内存开辟的函数malloc
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。如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。返回值的类型是，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。如果参数为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器。
malloc返回值的检查
运行结果：
最好还是将开辟的空间释放掉，这时我们就要搭配下面这个函数进行空间的释放：
空间释放函数free
C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
free函数用来释放动态开辟的内存。如果参数指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。如果参数是NULL指针，则函数什么事都不做。malloc和free都声明在头文件中。
malloc以及后面的calloc 必须和free成对出现，不然会造成内存泄露
示例：
进行调试，监视内存，我们可以清楚地看到free释放内存空间，并将p置为空的效果：
2.2 calloc
C语言还提供了一个函数叫calloc，函数也用来动态内存分配。原型如下：
函数的功能是为个大小为的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。与函数的区别只在于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。malloc以及calloc 必须和free成对出现，不然会造成内存泄露
示例：
调试结果如图，
可以理解为calloc = malloc+（memset将开辟的空间初始化为0）。
如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。
2.3 realloc
realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的时候内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
函数原型如下：
ptr是要调整的内存地址size 调整之后新大小返回值为调整之后的内存起始位置。这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。realloc在调整内存空间的是存在两种情况：情况1：原有空间之后有足够大的空间情况2：原有空间之后没有足够大的空间
情况1
当是情况1 的时候，要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化。
情况2
当是情况2 的时候，原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是：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址。由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。
示例：
realloc(NULL, 40);等价于malloc(40);
3.常见的动态内存错误
3.1 对NULL指针的解引用操作
改进：
3.2 动态开辟空间的越界访问
这里虽然代码可以运行，但是会有错误警告
改进：
直接将for循环中的20改为5即可
3.3 对非动态开辟内存使用free释放
上面代码对非动态开辟内存使用free释放，这时编译器就会报错：
3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
这时编译器会报错：
动态内存空间必须从起始位置释放，不然是释放不了的。
3.5 对同一块动态内存多次释放
多次释放，而且不置空报错：
3.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
忘记释放不再使用的动态开辟的空间会造成内存泄漏。切记：动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放。
4.几个经典的笔试题
4.1 题目1：
请问这个函数有什么错误？
注意：printf（str）；这种写法是正确的。
主要错误如下：
1.改变形参p，str依然是NULL，strcpy无法将”hello world”拷贝到空指针指向的地址，所以会访问出错。
2.malloc开辟的动态内存空间需要进行free释放。
代码改进：
4.2 题目2：
请问这个函数有什么错误？
而上图中第二个代码的写法虽然是错误的，但是在运行后可能会得到10，这时只要略作修改就得不到原来得值，如下，我们添加了输出项，对应的输出结果如下图：
究其原因，涉及到函数栈帧的部分知识：
4.3 题目3：
请问这个函数有什么错误？ 通过前面的学习，我们应该可以很快地找出错误
错误：
malloc函数开辟了内存空间，但是却没有释放，造成了内存泄露地问题。这时，我们只需在后面加上free(str);
str = NULL;即可，改进代码如下：
4.4 题目4：
该代码中free函数释放了malloc开辟的动态内存空间，但是没有将指针置空，导致后面调用时出现了野指针导致了非法访问。
所以一个好的代码习惯是在释放动态内存空间后，将这个空间的指针置为空。
5. C/C++程序的内存开辟
C/C++程序内存分配的几个区域：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自动被释放。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、返回地址等。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 。分配方式类似于链表。数据段（静态区）（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
有了这幅图，我们就可以更好的理解之前介绍的static关键字修饰局部变量的例子了
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