欣賞動態之美，不如欣賞C語言實現動態內存管理之美！！！

本篇會加入個人的所謂‘魚式瘋言’
??????魚式瘋言:??????此瘋言非彼瘋言
而是理解過并總結出來通俗易懂的大白話,
我會盡可能的在每個概念后插入魚式瘋言,幫助大家理解的.
可能說的不是那么嚴謹.但小編初心是能讓更多人能接受我們這個概念！！！
在這里插入圖片描述

前言

在本篇文章中，小編將帶大家領略動態內存管理的魅力💖💖💖

為什么要有動態內存分配
malloc和free
calloc和realloc
柔性數組
總結C/C++中程序內存區域劃分
話不多說，我們直接上菜吧 💕💕💕

一.為什么要有動態內存分配

我們已經掌握的內存開辟?式有

int val = 20;//在棧空間上開辟四個字節
char arr[10] = {0};//在棧空間上開辟10個字節的連續空間

但是上述的開辟空間的?式有兩個特點：
? 空間開辟??是固定的。
? 數組在申明的時候，必須指定數組的?度，數組空間?旦確定了??不能調整
但是對于空間的需求，不僅僅是上述的情況。有時候我們需要的空間??在程序運?的時候才能知
道，那數組的編譯時開辟空間的?式就不能滿?了。
C語?引?了動態內存開辟，讓程序員??可以申請和釋放空間，就?較靈活了。

二. malloc和free

2.1 malloc

C語?提供了?個函數叫 malloc
malloc 函數?來動態內存分配,是作為內存空間的 開墾機
原型如下：
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2.1.1舉個栗子

#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;//使用 - 給數組賦值for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}//打印for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}//釋放空間free(p);p = NULL;return 0;
}

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這個函數向內存申請?塊連續可?的空間，并返回指向這塊空間的指針。

? 如果開辟成功，則返回?個指向開辟好空間的指針。

<1> 錯誤示例

#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(1000000000000);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}int i = 0;//使用 - 給數組賦值for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}//打印for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}return 0;
}

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寶子們是不是很疑惑，這是怎么回事呢？🤔🤔🤔
那是因為 malloc 在開辟空間的時候是有可能開辟失敗的

? 如果開辟失敗，則返回?個 NULL 指針，因此malloc的返回值?定要做檢查。

其他情況：
? 返回值的類型是 void* ，所以malloc函數并不知道開辟空間的類型，具體在使?的時候使?者??來決定。
? 如果參數 size 為0，malloc的?為是標準是未定義的，取決于編譯器。

2.2 free

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2.2.1舉個栗子

free 函數?來釋放開辟的動態內存。
? 如果參數 ptr 指向的空間不是動態開辟的，那free函數的?為是未定義的。
? 如果參數 ptr 是 NULL 指針，則函數什么事都不做。

#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));//開辟空間if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}//釋放空間free(p);p = NULL;return 0;
}

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有空間的開辟就有空間的釋放，有人問為什么要把 p 置為空指針NULL
小伙伴可以帶著疑問繼續往下看哦😊😊😊

三. calloc和realloc

3.1 calloc

C語?還提供了?個函數叫 calloc ， calloc 函數也?來動態內存分配。原型如下：
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? 函數的功能是為 num 個??為 size 的元素開辟?塊空間，并且把空間的每個字節初始化為 0。
? 與函數 malloc 的區別只在于 calloc 會在返回地址之前把申請的空間的每個字節初始化為全

3.1.1.舉個栗子

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

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所以我們就看出不區別啦

魚式瘋言

所以如果我們對申請的內存空間的內容要求初始化

那么可以很?便的使?calloc函數來完成任務。

以上這些都是固定的內存開辟，還不足以靈活。
小編為什么會這樣說呢！！！
是的，是的，我們還有超級秘密武器。
請友友向下看

3.2 realloc

? realloc函數的出現讓動態內存管理更加靈活。
? 有時會我們發現過去申請的空間太?了，有時候我們?會覺得申請的空間過?了，那為了合理的時候內存，我們?定會對內存的??做靈活的調整。
那 realloc 函數就可以做到對動態開辟內存??的調整。

函數原型如下：
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3.2.1.舉個栗子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int* ptr = (int*)malloc(10*sizeof(int));if (ptr != NULL){for (int i = 0; i < 10; i++){*(ptr+i) = i;printf("%d", ptr[i]);}}else{perror("malloc");return 1;}//擴展容量//代碼1 - 直接將realloc的返回值放到ptr中//ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//這樣可以嗎？(如果申請失敗會如何？)//代碼2 - 先將realloc函數的返回值放在p中，不為NULL，在放ptr中int* p = NULL;p = realloc(ptr, 15*sizeof(int));if (p != NULL){ptr = p;for (int i = 10; i < 15; i++){*(ptr + i) = i;}}printf("\n");for (int i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", *(ptr + i));}//業務處理free(ptr);return 0;
}

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這時我們小愛同學就有疑問了🤔🤔🤔
為什么realloc在內存中到底是怎么加長或是減短的呢？？？

答案見下圖😍😍😍`

? ptr 是要調整的內存地址
? size 調整之后新??
? 返回值為調整之后的內存 起始位置 。
? 這個函數調整原內存空間??的基礎上，還會將原來內存中的數據移動到新的空間。
? realloc在調整內存空間的是存在兩種情況：
。情況1：原有空間之后有?夠?的空間
。情況2：原有空間之后沒有?夠?的空間
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魚式瘋言

上面的插圖和代碼充分說明了一點

我們不可以將 realloc 函數得到的變化后的空間直接放在我們需要的指針變量中

我們就有必要加上一個臨變量來判斷其是否為 NULL ！！！

3.3 realloc的特殊使用

有沒有友友們想過，如果我往 realloc 傳第一個參數，傳的是NULL的空指針呢，那會怎么樣呢🤔🤔🤔
不妨我們來試試吧

#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{//int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//等效于下面這個int* p = (int*)realloc(NULL,10*sizeof(int));//開辟空間if (p == NULL){perror("realloc");return 1;}for (int i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;printf("%d ", *(p + i));}//釋放空間free(p);p = NULL;return 0;}

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四. 柔性數組

4.1 柔性數組的特點：

? 結構中的柔性數組成員前?必須?少?個其他成員。
? sizeof 返回的這種結構??不包括柔性數組的內存。
? 包含柔性數組成員的結構? malloc () 函數進?內存的動態分配，并且分配的內存應該?于結構的??，以適應柔性數組的預期??。

4.1.1.舉個栗子

#include<stdio.h>
typedef struct st_type
{int i;int a[0];//柔性數組成員
}type_a;
int main()
{printf("%d\n", sizeof(type_a));//輸出的是4return 0;
}

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這個栗子充分說明了柔性數組不占內存

魚式瘋言

我理解的柔性數組

在結構體中

最后一個成員

未知大小的數組

4.2 柔性數組的使?

4.2.2.舉個栗子

//柔性數組
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct MyStruct
{int a;char b;int arr[];
};
int main()
{struct MyStruct* p = (struct MyStruct*)malloc(sizeof(struct MyStruct)+10*sizeof(int));if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}for (int i = 0; i < 10; i++){p->arr[i] = i;printf("%d ", p->arr[i]);}p->a = 10;p->b = 'd';printf("\n%d\n", p->a);printf("%c\n", p->b);struct MyStruct* art= (struct MyStruct*)realloc(p,sizeof(struct MyStruct) + 20 * sizeof(int));if (art!=NULL){p = art;for (int i = 10; i < 15; i++){p->arr[i] = i;}}for (int i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", p->arr[i]);}free(p);p = NULL;return 0;
}

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這樣柔性數組成員 arr，相當于獲得了 15 個整型元素的連續空間。

4.3 柔性數組的優勢

4.3.1舉兩個栗子

<1>

#include<stdio.h>
struct St
{char c;int n;int arr[0];//柔性數組//[]里面可以放隨機數字，也可放置為空
};
int main()
{//struct St s = {0};//printf("%d\n", sizeof(struct St));struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St) + 10 * sizeof(int));if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}ps->c = 'w';ps->n = 100;int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i;}//數組空間不夠struct St* ptr = realloc(ps, sizeof(struct St) + 15 * sizeof(int));if (ptr != NULL){ps = ptr;}else{perror("realloc");return 1;}//...繼續使用for (i = 10; i < 15; i++){ps->arr[i] = i;}for (i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", ps->arr[i]);}printf("\n%d\n", ps->n);printf("%c\n", ps->c);//釋放free(ps);ps = NULL;return 0;
}

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<2>

struct St
{char c;int n;int* arr;
};int main()
{//struct St s = {0};//printf("%d\n", sizeof(struct St));struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St));if (ps == NULL){perror("malloc");return 1;}ps->c = 'w';ps->n = 100;ps->arr = (int*)malloc(10*sizeof(int));if (ps->arr == NULL){perror("malloc-2");return 1;}//使用int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i;}//數組空間不夠int* ptr = (int*)realloc(ps->arr, 15*sizeof(int));if (ptr == NULL){perror("realloc");return 1;}else{ps->arr = ptr;}//使用for (i = 10; i < 15; i++){ps->arr[i] = i;}for (i = 0; i < 15; i++){printf("%d ", ps->arr[i]);}printf("\n%d\n", ps->n);printf("%c\n", ps->c);//釋放free(ps->arr);ps->arr = NULL;free(ps);ps = NULL;return 0;
}

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上述 <1> 和 <2> 可以完成同樣的功能，
但是 ?法1 的實現有兩個好處：

第?個好處是：?便內存釋放

如果我們的代碼是在?個給別??的函數中，
你在??做了?次內存分配，并把整個結構體返回給??。
??調?free可以釋放結構體，
但是??并不知道這個結構體內的成員也需要free，所以你不能指望??來發現這個事。所以，如果我們把結構體的內存以及其成員要的內存?次性分配好了.
并返回給???個結構體指針，??做?次free就可以把所有的內存也給釋放掉。

第?個好處是：這樣有利于訪問速度.

連續的內存有益于提?訪問速度，也有益于減少內存碎?。
（其實，我個?覺得也沒多?了，
反正你跑不了要?做偏移量的加法來尋址）

魚式瘋言

柔性數組的優勢就不言而喻了吧，但最最must一點是什么？？？
小伙伴們知道么😊😊😊
當然是 釋放內存 和 指針置空（NULL） 咯！！！

第一：

我們要明確一點 malloc / calloc / realloc 申請的空間都是在內存堆區（下面有講解）申請的

第二：在堆區申請的空間如果不主動釋放，出了作用域是不會銷毀的。

第三：

釋放的方式：

1.free 主動釋放

2.直到程序結束，才由 操作系統 回放

第四：

我們free釋放的該指針指向的空間，而不是該該指針變量本身的地址

故我們需要將該指針也得置為空（NULL）

五. 總結C/C++中程序內存區域劃分

C/C++程序內存分配的?個區域：

棧區（stack）：在執?函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執?結束時
這些存儲單元?動被釋放。棧內存分配運算內置于處理器的指令集中，效率很?，
但是分配的內存容量有限。
棧區主要存放運?函數?分配的局部變量、函數參數、返回數據、返回地址等。
堆區（heap）：?般由程序員分配釋放，
若程序員不釋放，程序結束時可能由OS（操作系統）回收。
分配?式類似于鏈表。
數據段（靜態區）（static）存放全局變量、靜態數據。程序結束后由系統釋放。
代碼段：存放函數體（類成員函數和全局函數）的?進制代碼。