《小猫猫大课堂》三轮5——动态内存管理(通讯录动态内存化)
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目录
前言
动态内存产生的原因
动态内存函数
malloc
free
calloc
realloc
常见的动态内存错误
对NULL指针的解引用操作
对动态开辟空间的越界访问
对非动态开辟内存使用free释放
使用free释放一块动态开辟内存的一部分
对同一块动态内存多次释放
动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
举几个栗子,Test函数的结果会怎么样?
C/C++程序的内存开辟
柔性数组
柔性数组的特点:
柔性数组的优势
通讯录(动态内存化)
开辟空间
初始化通讯录
增加联系人(可能需要增容)
销毁通讯录
总结
前言
动态内存不是很难理解,好好看,应该会很不错!B站有很多好视频,那个可能会更容易理解,再练练题建立自信,应该会很棒!宝子加油鸭!爱你呦!喵~
动态内存产生的原因
int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节 char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间
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, 那数组的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。
动态内存函数
malloc
void* malloc (size_t size);
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 void* ,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 size 为0,malloc的行为是标准是未定义的,取决于编译器。
free
void free (void* ptr);
free专门是用来做动态内存的释放和回收的
free函数用来释放动态开辟的内存。
- 如果参数 ptr 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 ptr 是NULL指针,则函数什么事都不做。
举个栗子:
malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
#include <stdio.h>
int main()
{//代码1int num = 0;scanf("%d", &num);int arr[num] = {0};//代码2int* ptr = NULL;ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空{int i = 0;for(i=0; i<num; i++){*(ptr+i) = 0;}}free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存ptr = NULL;//是否有必要?return 0;
}
calloc
void* calloc (size_t num, size_t size);
- 函数的功能是为 num 个大小为 size 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 malloc 的区别只在于 calloc 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。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if(NULL != p){//使用空间}free(p);p = NULL;return 0;
}
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。
void* realloc (void*ptr, size_t size);
- 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
后面有足够的空间的话,还好。没有足够的空间的话,它会自己另外找足够的空间使用,地址将会改变。
情况1
当是情况1 的时候,要扩展内存就直接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地址。 由于上述的两种情况,realloc函数的使用就要注意一些。
举个栗子:
#include <stdio.h>
int main()
{int *ptr = (int*)malloc(100);if(ptr != NULL){//业务处理}else{exit(EXIT_FAILURE); }//扩展容量//代码1ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗?(如果申请失败会如何?)//代码2int*p = NULL;p = realloc(ptr, 1000);if(p != NULL){ptr = p;}//业务处理free(ptr);return 0;
}
常见的动态内存错误
对NULL指针的解引用操作
void test() {int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);*p = 20;//如果p的值是NULL,就会有问题free(p); }
对动态开辟空间的越界访问
void test() {int i = 0;int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));if(NULL == p){exit(EXIT_FAILURE);}for(i=0; i<=10; i++){*(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问}free(p); }
对非动态开辟内存使用free释放
void test() {int a = 10;int *p = &a;free(p);//ok? }
使用free释放一块动态开辟内存的一部分
void test() {int *p = (int *)malloc(100);p++;free(p);//p不再指向动态内存的起始位置 }
对同一块动态内存多次释放
void test() {int *p = (int *)malloc(100);free(p);free(p);//重复释放 }
动态开辟内存忘记释放(内存泄漏)
void test() {int *p = (int *)malloc(100);if(NULL != p){*p = 20;} } int main() {test();while(1); }
举几个栗子,Test函数的结果会怎么样?
void GetMemory(char *p)
{p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{char *str = NULL;GetMemory(str);strcpy(str, "hello world");printf(str);
}
char *GetMemory(void)
{char p[] = "hello world";return p;
}
void Test(void)
{char *str = NULL;str = GetMemory();printf(str);
}
void GetMemory(char **p, int num)
{*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{char *str = NULL;GetMemory(&str, 100);strcpy(str, "hello");printf(str);
}
void Test(void)
{char *str = (char *) malloc(100);strcpy(str, "hello");free(str);if(str != NULL){strcpy(str, "world");printf(str);}
}
C/C++程序的内存开辟
C/C++程序内存分配的几个区域:
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 代码段:存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码。
实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的,栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。 但是被static修饰的变量存放在数据段(静态区),数据段的特点是在上面创建的变量,直到程序 结束才销毁
所以生命周期变长。
柔性数组
C99 中,结构中的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。
typedef struct st_type
{int i;int a[];//柔性数组成员
}type_a;
柔性数组的特点:
- 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
- sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
- 包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配,并且分配的内存应该大于结构的大 小,以适应柔性数组的预期大小。
//code1
typedef struct st_type
{int i;int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
//代码1 int i = 0; type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int)); //业务处理 p->i = 100; for(i=0; i<100; i++) {p->a[i] = i; } free(p);
这样柔性数组成员a,相当于获得了100个整型元素的连续空间。
柔性数组的优势
上述的 type_a 结构也可以设计为:
//代码2 typedef struct st_type {int i;int *p_a; }type_a; type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a)); p->i = 100; p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int)); //业务处理 for(i=0; i<100; i++) {p->p_a[i] = i; } //释放空间 free(p->p_a); p->p_a = NULL; free(p); p = NULL;
上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能,但是 方法1 的实现有两个好处:
第一个好处是:方便内存释放 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,所以你 不能指望用户来发现这个事。所以,如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存一次性分配好 了,并返回给用户一个结构体指针,用户做一次free就可以把所有的内存也给释放掉。
第二个好处是:这样有利于访问速度. 连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。(其实,我个人觉得也没多高了,反正 你跑不了要用做偏移量的加法来寻址)
通讯录(动态内存化)
通讯录基础版(点击,看看!)
修改后的源码
//teat.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include"contact.h"
void menu()
{printf("*********************************\n");printf("***** 1.add 2.del ******\n");printf("***** 3.search 4.modify ******\n");printf("***** 5.show 6.sort ******\n");printf("***** 7.dea 0.exit ******\n");printf("*********************************\n");
}
int main()
{int input = 0;//ͨѶ¼PeoInfo data[1000];int sz = 05l;Contact con;InitContact(&con);do{menu();printf("请输入->");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:AddContact(&con);break;case 2:DelContact(&con);break;case 3:SearchContact(&con);break;case 4:ModifyContact(&con);break;case 5:ShowContact(&con);break;case 6:SortContact(&con);break;case 7:/*DeaContact(&con);*/DestoryContact(&con);break;case 0:printf("退出通讯录\n");break;default:printf("选择错误\n");break;}} while (input);return 0;
}
//Contact.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include"contact.h"
//静态
//void InitContact(Contact* pc)
//{
// assert(pc);
// pc->sz = 0;
// memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
//}
void InitContact(Contact* pc)
{assert(pc);pc->sz = 0;PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)calloc(sizeof(PeoInfo), DEFAULT_SZ);if (ptr == NULL){perror("InitContact::calloc");return;}pc->data = ptr;pc->capacity = DEFAULT_SZ;
}
//void AddContact(Contact* pc)
//{
// assert(pc);
// if (pc->sz == 1000)
// {
// printf("通讯录已满,无法添加\n");
// return;
// }
// //增加一个人的信息
// printf("请输入名字:>");
// scanf("%s", pc->data[pc->sz].name);
// printf("请输入年龄:>");
// scanf("%d", &(pc->data[pc->sz].age));
// printf("请输入性别:>");
// scanf("%s", pc->data[pc->sz].sex);
// printf("请输入地址:>");
// scanf("%s", pc->data[pc->sz].addr);
// printf("请输入电话:>");
// scanf("%s", pc->data[pc->sz].tele);
// pc->sz++;
//}
void check_capacity(Contact* pc)
{if (pc->sz == pc->capacity){//增加容量PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + 2) * sizeof(PeoInfo));if (ptr == NULL){perror("check_capacity::realloc");return;}pc->data = ptr;pc->capacity += INC_SZ;printf("增容成功");}
}
void AddContact(Contact* pc)
{assert(pc);check_capacity(pc);if (pc->sz == pc->capacity){//增加容量}//增加一个人的信息printf("请输入名字:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].name);printf("请输入年龄:>");scanf("%d", &(pc->data[pc->sz].age));printf("请输入性别:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].sex);printf("请输入地址:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].addr);printf("请输入电话:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].tele);pc->sz++;
}
void ShowContact(const Contact* pc)
{assert(pc);int i = 0;printf("%-20s\t%-4s\t%-5s\t%-20s\t%-15s\n", "名字", "年龄", "性别", "地址", "电话");for (i = 0; i < pc->sz; i++){printf("%-20s\t%-4d\t%-5s\t%-20s\t%-15s\n", pc->data[i].name, pc->data[i].age, pc->data[i].sex, pc->data[i].addr, pc->data[i].tele);}}int FindByName(const Contact* pc, char name[])
{assert(pc);int i = 0;for (i = 0; i < pc->sz; i++){if (strcmp(pc->data[i].name, name) == 0){return i;}}return -1;
}void DelContact(Contact* pc)
{assert(pc);char name[NAME_MAX] = { 0 };if (pc->sz == 0){printf("通讯录为空,无法删除");return;}//删除//找出要删除的人printf("请输入要删除的人的名字;>");scanf("%s", name);int ret = FindByName(pc, name);if (-1 == ret){printf("要删除的人不存在\n");return;}int i = 0;int del = 0;for (i = 0; i < pc->sz; i++){if (strcmp(pc->data[i].name, name) == 0){del = i;break;}}//删除for (i = del; i < pc->sz; i++){pc->data[i] = pc->data[i + 1];}pc->sz--;printf("删除成功\n");
}void SearchContact(const Contact* pc)
{assert(pc);char name[NAME_MAX] = { 0 };printf("请输入要查找人的名字:>");scanf("%s", name);int pos = FindByName(pc, name);if (-1 == pos){printf("要查找的人不存在\n");return;}//打印信息printf("%-20s\t%-4s\t%-5s\t%-20s\t%-15s\n", "名字", "年龄", "性别", "地址", "电话");printf("%-20s\t%-4d\t%-5s\t%-20s\t%-15s\n", pc->data[pos].name, pc->data[pos].age, pc->data[pos].sex, pc->data[pos].addr, pc->data[pos].tele);
}void ModifyContact(Contact* pc)
{assert(pc);char name[NAME_MAX] = { 0 };printf("请输入要删除的人的名字;>");scanf("%s", name);int pos = FindByName(pc, name);if (-1 == pos){printf("要删除的人不存在\n");return;}printf("请输入名字:>");scanf("%s", pc->data[pos].name);printf("请输入年龄:>");scanf("%d", &(pc->data[pos].age));printf("请输入性别:>");scanf("%s", pc->data[pos].sex);printf("请输入地址:>");scanf("%s", pc->data[pos].addr);printf("请输入电话:>");scanf("%s", pc->data[pos].tele);printf("修改完成\n");
}//排序函数//1.按照姓名进行排序
int Conpare_ByName(const void* e1, const void* e2)
{return strcmp(((struct PeoInfo*)e1)->name, ((struct PeoInfo*)e2)->name);
}
//2.按照年龄进行排序
int Conpare_ByAge(const void* e1, const void* e2)
{return ((struct PeoInfo*)e1)->age - ((struct PeoInfo*)e2)->age;
}
//3.按照住址进行排序
int Conpare_ByAddress(const void* e1, const void* e2)
{return strcmp(((struct PeoInfo*)e1)->addr, ((struct PeoInfo*)e2)->addr);
}
void SortContact(Contact* pc)
{assert(pc);printf("请选择你想排序的方式:\n");printf("1.姓名\n2.年龄\n3.住址\n");int input = 0;scanf("%d", &input);switch (input){case 1:qsort(pc->data, pc->sz, sizeof(pc->data[0]), Conpare_ByName);printf("排序成功\n");break;case 2:qsort(pc->data, pc->sz, sizeof(pc->data[0]), Conpare_ByAge);printf("排序成功\n");break;case 3:qsort(pc->data, pc->sz, sizeof(pc->data[0]), Conpare_ByAddress);printf("排序成功\n");break;}
}//void DeaContact(Contact* pc)
//{
// assert(pc);
// memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
// pc->sz == 0;
// printf("清空成功!\n");
//
//}
void DestoryContact(Contact* pc)
{free(pc->data);pc->data = NULL;pc->sz = 0;pc = NULL;
}
//Contact.h
#pragma once
#define MAX 1000
#define NAME_MAX 20
#define SEX_MAX 5
#define ADDR_MAX 30
#define TELE_MAX 12#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>#define DEFAULT_SZ 3//默认大小
#define INC_SZ 2//人的信息
typedef struct PeoInfo
{char name[NAME_MAX];int age;char sex[SEX_MAX];char addr[ADDR_MAX];char tele[TELE_MAX];
}PeoInfo;struct contact
{struct PeoInfo data[NAME_MAX];int sz;//记录当前已经有的元素个数
};
//静态
//typedef struct Contact
//{
// PeoInfo data[1000];//存放人的信息
// int sz;//当前已存放信息的个数
//}Contact;
//动态
typedef struct Contact
{PeoInfo* data;//指向存放人的信息int sz;//当前已存放信息的个数int capacity;//当前通讯录最大容量
}Contact;
//初始化通讯录
void InitContact(Contact* pc);
//销毁通讯录
void DestoryContact(Contact* pc);
删除所有联系人
//void DeaContact(Contact* pc);
//增加联系人
void AddContact(Contact* pc);
//删除指定联系人
void DelContact(Contact* pc);
//显示通讯录
void ShowContact(const Contact* pc);
//查找指定联系人
void SearchContact(Contact* pc);
//修改指定联系人
void ModifyContact(Contact* pc);
//联系人排序
void SortContact(Contact* pc);
//删除所有联系人
开辟空间
//Contact.h
//静态
//typedef struct Contact
//{
// PeoInfo data[1000];//存放人的信息
// int sz;//当前已存放信息的个数
//}Contact;
//动态
typedef struct Contact
{PeoInfo* data;//指向存放人的信息int sz;//当前已存放信息的个数int capacity;//当前通讯录最大容量
}Contact;
初始化通讯录
//静态
//Contact.c
//void InitContact(Contact* pc)
//{
// assert(pc);
// pc->sz = 0;
// memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
//}
void InitContact(Contact* pc)
{assert(pc);pc->sz = 0;PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)calloc(sizeof(PeoInfo), DEFAULT_SZ);if (ptr == NULL){perror("InitContact::calloc");return;}pc->data = ptr;pc->capacity = DEFAULT_SZ;
}
增加联系人(可能需要增容)
//void AddContact(Contact* pc)
//{
// assert(pc);
// if (pc->sz == 1000)
// {
// printf("通讯录已满,无法添加\n");
// return;
// }
// //增加一个人的信息
// printf("请输入名字:>");
// scanf("%s", pc->data[pc->sz].name);
// printf("请输入年龄:>");
// scanf("%d", &(pc->data[pc->sz].age));
// printf("请输入性别:>");
// scanf("%s", pc->data[pc->sz].sex);
// printf("请输入地址:>");
// scanf("%s", pc->data[pc->sz].addr);
// printf("请输入电话:>");
// scanf("%s", pc->data[pc->sz].tele);
// pc->sz++;
//}
void check_capacity(Contact* pc)
{if (pc->sz == pc->capacity){//增加容量PeoInfo*ptr=(PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + 2) * sizeof(PeoInfo));if (ptr == NULL){perror("check_capacity::realloc");return;}pc->data = ptr;pc->capacity += INC_SZ;}
}
void AddContact(Contact* pc)
{assert(pc);check_capacity(pc);if (pc->sz == pc->capacity){//增加容量}//增加一个人的信息printf("请输入名字:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].name);printf("请输入年龄:>");scanf("%d", &(pc->data[pc->sz].age));printf("请输入性别:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].sex);printf("请输入地址:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].addr);printf("请输入电话:>");scanf("%s", pc->data[pc->sz].tele);pc->sz++;
}
销毁通讯录
//Contact.h
//销毁通讯录
void DestoryContact(Contact* pc);
删除所有联系人
//void DeaContact(Contact* pc);
//Contact.c
//void DeaContact(Contact* pc)
//{
// assert(pc);
// memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
// pc->sz == 0;
// printf("清空成功!\n");
//
//}
void DestoryContact(Contact* pc)
{free(pc->data);pc->data = NULL;pc->sz = 0;pc = NULL;
}
记得还有test.c哦!
总结
最近的知识有些难以理解!越是不懂,那就越要能清楚,越要写成博客!
时间有些紧,最近有很多考试,文章还不够详细,以后复习的时候,文章会进行重做,框架是完整的,只是怕内容不够详细,不便于理解,非常抱歉,以后再次复习的时候进行优化!非常抱歉。
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