大家好，今天简单讲一讲C语言中的动态内存分配。

补充：C程序中的内存块。

在C程序中，通常将内存划分为以下六个区域：

（1）内核区域。这块区域是操作系统的，用户不能使用。

（2）栈区。主要用于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。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。另外，当函数运行结束时，栈区的空间会被自动释放。

（3）内存映射段。该部分内存主要用于文件映射、动态库以及匿名映射。

（4）堆区。动态内存分配的区域，由程序员分配，并由程序员手动释放，若程序员不释放，则在整个程序结束后才由操作系统回收。

（5）静态区。又叫数据段，用于存放全局变量以及static修饰的变量，程序结束后由操作系统释放。

（6）代码段。用于存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。。

截至目前，我们所使用的变量似乎都是在栈区（如局部变量、函数形参）和静态区（如全局变量、static修饰的变量），但是我们很早就知道除了栈区、静态区，在内存中还有‘堆’这样的一个区域。其实，这块内存就是用来动态内存分配的。

其实想一下就知道光靠栈区和静态区在处理问题时是很不灵活的（因为其开辟的空间是固定的），比如在声明数组时必须指定数组的大小（当然在C99中存在变长数组），但有时候我们也不能明确的指出要用多少空间，我们希望这块空间可大可小，既不过大，造成空间浪费，也不能过小，不够使用。这时就要用到我今天讲到的动态内存分配了，通过动态内存分配我们可以自由更改分配的空间，使其“可大可小”。

1.常用的动态内存分配函数（都包含在头文件<stdlib.h>中）

（1）malloc和free

malloc是最常用到的动态内存分配函数，其函数原型为：void* malloc(size_t size); 该函数向内存（堆区）申请一块连续可用空间（size个字节），并返回这块空间的地址，注意一下几点：

（1）如果内存开辟成功，该函数返回指向这块空间的指针。

（2）如果内存开辟失败，则返回空指针（NULL）。所以使用该函数时一定不要忘了进行检查，可以用assert断言，也可以像下面这样：

（3）该函数返回void* 的指针，也就是说不知道具体类型，所以在使用时我们通常要进行强制类型转换，转换成我们需要的类型，如上例中我们需要int*的指针ptr，就将其强制转换成int*的类型。

（4）当实参size为0时，malloc的行为时C语言标准未定义的，具体取决与于编译器。

下面说一说free这个函数。

动态开辟的内存只有在程序结束时操作系统才进行回收，所以当我们不使用动态开辟的內存时必须手动将其释放掉（不然会造成内存泄漏），释放动态开辟的内存就要用到free这个函数。

其函数原型为：void free(void* ptr); 注意一下两点：

（1）如果实参ptr不是动态开辟的，那么该函数的行为是未定义的。

（2）如果实参ptr为空指针，那么该函数什么事都不做。

（2）calloc

calloc函数的功能与malloc类似，其函数原型为：void* calloc(size_t num, size_t size); 作用是为num个大小为size的元素开辟一块空间（堆区），并且将每一个字节都初始化为0。

（3）realloc

realloc这个函数使动态内存分配更加的灵活，它可以随意调整动态开辟内存的大小。也就是说，当内存过大时可以用realloc来缩小内存，而当开辟的内存过小时可以使用realloc来扩大开辟的内存。

该函数的函数原型为：void* realloc(void* ptr, size_t size); 其第一个参数ptr是之前动态开辟的内存的地址，可以是空指针（当ptr为空指针时，该函数功能与malloc完全一样），第二个参数是希望调整的内存大小（调整之后的），返回调整后的内存的地址（同样的也是void*，需要强制类型转换）；如果开辟失败则返回空指针。

该函数在调整内存大小的同时，还会将内存中的数据拷贝到新的空间。其在调整内存空间时存在以下两种情况（从小调整大）：

（1）在原有空间的后面有足够大的空间。这时该函数会直接在原有空间的后面扩展新的空间，原有空间的数据不会发生变化。

（2）在原有空间的后面没有足够大的空间。这时该函数会放弃原有的空间（但空间中的数据会拷贝到新的空间），在堆区另找一块合适大小的空间来使用，并且返回这块新空间的地址。

由于上述两种情况，该函数在使用时就需要注意，看下面的代码：

在使用realloc时我们要注意上述代码中隐藏的风险。

2.常见的动态内存分配错误

动态内存分配使用方便，但是在使用时却非常容易出错，而且关于内存的错误往往都是毁灭性的。下面我列举几点最容易犯的错误，希望能帮助到大家。

（1）对空指针（NULL）解引用。看下面的代码：

这段代码看上去似乎没什么错误，但存在潜在的风险：由于没有对指针p进行判断，所以他可能是空指针（当malloc动态内存开辟失败时），这时就会产生对空指针解引用而产生错误。

（2）对动态开辟的空间越界访问。这一点即使是存放在栈区的数组中也非常常见，不做过多解释。

（3）对非动态开辟的内存使用free释放。一定注意free只能用于释放动态开辟的空间。

（4）使用free释放动态开辟空间的一部分。

（5）对同一块动态开辟的空间多次释放。

（6）动态开辟的空间不用free释放。这样会造成内存泄漏。

（7）在函数调用后返回栈空间地址。栈空间在函数调用后就已经被销毁了，这时返回的指针就变成了野指针。

以上是使用动态内存空间常见的错误，希望大家注意，不要犯类似的错误。

3.柔性数组

在C99标准中，结构体中最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员。看下面的代码：

这里的int arr[0]就是柔性数组成员。注意一下几点：

（1）结构体中的柔性数组成员前面必须至少有一个其他成员。

（2）用sizeof计算包含柔性数组成员的结构体的大小时不包括柔性数组的内存。所以上例中的sizeof(struct Stu)为4，就是成员a的大小，没有包括柔性数组成员。

（3）包含柔性数组成员的结构体要用malloc函数进行动态内存分配，并且分配的内存应该大于该结构体的大小以适应柔性数组的预期大小。看下面的代码：

其实上面的代码也可以这么写，和上面代码的效果是一样的：

那么问题来了，既然不用柔性数组成员也可以达到同样的效果，那么柔性数组成员的意义何在？

仔细分析我们就能发现，使用柔性数组成员有一下两个优点：

（1）方便内存释放。使用柔性数组只进行了一次动态内存开辟，所以只用进行一次内存释放；而第二种方法进行了两次动态内存开辟，并且其中一次是对结构体内部成员进行的，如果我们的代码是在一个给别人用的函数中，你在里面做了二次内存分配，并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体，但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free，这时就会造成内存泄漏，严重时可能还会造成错误。而柔性数组成员很好的解决了这个问题。

（2）有利于提高访问速度。使用柔性数组成员其内存时一次性开辟的，是连续的一块空间，这样有利于提高访问速度，也能减少内存碎片。

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