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C语言动态内存管理【进阶--5--】

news 来源：原创 2025/6/22 7:02:41

文章目录

    • @[toc]
  • 动态内存管理
    • 一、作用即意义
    • 二、动态内存函数的介绍
      • Ⅰ、malloc()函数、free()函数
      • Ⅱ、calloc()函数
      • Ⅲ、realloc()函数
    • 三、常见的动态内存错误
      • Ⅰ、对NULL指针的解引用操作
      • Ⅱ、对动态开辟空间的越界访问
      • Ⅲ、对非动态开辟的内存使用free释放
      • Ⅳ、使用free释放动态开辟内存的一部分
      • Ⅴ、对同一块内存空间多次释放
      • Ⅵ、未释放动态开辟的内存（内存泄漏）
    • 四、柔性数组
      • 柔性数组的使用

动态内存管理

请添加图片描述

一、作用即意义

  • 静态内存分配是在编译时确定的，而动态内存管理是在程序运行时动态的分配和释放内存

  • 动态内存管理允许程序根据需要分配和释放内存

  • 动态内存管理在处理大小未知的数据或在程序执行过程中改变数据结构的情况中非常实用

已学的开辟内存空间的方式

  • 在栈空间上开辟4字节的空间：

    •   int i = 0;

  • 在栈空间上开辟10字节的连续空间：

    •   char arr[10] = { 0 };

以上的空间开辟方式有如下特点：

  1. 开辟空间的大小是固定的
  2. 在声明数组时，必须指定数组长度且数组所需要的内存在其编译时分配

二、动态内存函数的介绍

主要函数

  1. malloc()：分配指定大小的内存块

    void *malloc(size_t size);
    • malloc函数返回一个指向分配的内存块的指针
    • 如果分配失败，它会返回NULL

  2. calloc()：分配指定数量和大小的内存块，并初始化为零

    void *calloc(size_t num, size_t size);
    • calloc函数返回一个指向分配的内存块的指针，所有字节都被初始化为零
    • 如果分配失败，它会返回NULL

  3. realloc()：重新分配内存块的大小

    void *realloc(void *ptr, size_t size);

    • realloc函数可以增加或减少之前分配的内存块的大小

    • 如果ptr是NULL，它的行为类似于malloc

    • 如果分配失败它会返回NULL，并且原始内存块保持不变

  4. free()：释放之前分配的内存

    void free(void *ptr);
    • free函数释放之前通过malloc、calloc或realloc分配的内存
    • 释放后，指针ptr不再指向有效的内存

Ⅰ、malloc()函数、free()函数

  • malloc()定义在<stdlib.h>中用于动态内存分配的函数

函数原型：

void *malloc(size_t size);
  • size：需要分配的内存块的大小，单位是字节

返回值:

  • malloc函数返回一个指向分配的内存块的指针。如果分配成功，返回的指针指向一块至少为size字节的内存区域
  • 如果分配失败（通常是因为内存不足），malloc返回NULL
  • free()定义在<stdlib.h>中用于释放之前通过malloc、calloc或realloc分配的动态内存的函数

函数原型：

void free(void *ptr);
  • ptr：指向要释放的内存块的指针

功能：

  • free函数释放之前分配的内存块，使其重新成为可用内存，可以被后续的内存分配请求使用

注意事项：

  • 不应该多次释放同一块内存，多次释放同一块内存可能会导致程序崩溃或内存损坏
  • free(NULL)函数将不进行任何操作
  • 释放内存后，应该将指针设置为NULL，以避免野指针问题
  • free()只能释放动态开辟的空间
  • 访问或操作已经被free释放的内存，会导致未定义行为，致使程序崩溃

使用示例:

#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>int main()
{//动态开辟内存int arr[10] = { 0 };//在栈区申请空间int *p = (int*)malloc(40);//malloc()在堆区申请空间if (p == NULL) {printf("%s\n", strerror(errno));//如果开辟失败则打印错误信息，并返回1return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++) {*(p + i) = i + 1;}for (i = 0; i < 10; i++) {printf("%d ", *(p + i));}free(p);//释放内存p = NULL;//将指针设置为NULL，避免野指针return 0;
}

  • 当程序退出时，系统会自动回收内存空间

  • free函数需要与相应的内存分配器（如malloc、calloc或realloc）一起使用

  • 释放内存后，因及时将指针设置为NULL，避免野指针

  • int arr[10] = { 0 };是在 栈区（Stack） 申请空间，int *p = (int*)malloc(40); malloc()是在 堆区（Heap） 申请空间

Ⅱ、calloc()函数

  • 定义在<stdlib.h>中用于动态内存分配的函数
  • 与malloc()不同的是，calloc()在分配内存成功后，会将所有字节都初始化为0

函数原型：

void *calloc(size_t num, size_t size);
  • num：要分配的元素数量
  • size：每个元素的大小，单位是字节

返回值：

  • calloc函数返回一个指向分配的内存块的指针
    • 如果分配成功，返回的指针指向一块至少为num * size字节的内存区域，并且所有字节都被初始化为0
    • 如果分配失败（通常是因为内存不足），calloc()将返回NULL

使用示例:

#include<stdlib.h>int main()
{int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}free(p);//释放内存p = NULL;//将指针设置为NULL，避免野指针return 0;
}
  • 输出结果：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

可以这样认为 ： calloc() = malloc() + memset()

Ⅲ、realloc()函数

  • 定义在<stdlib.h>中用于动态内存分配的函数

  • realloc()函数可以在不丢失原有数据的前提下，增加或减少内存块的大小

函数原型：

void *realloc(void *ptr, size_t new_size);
  • ptr：指向之前分配的内存块的指针
    • 如果ptr是NULL，则realloc的行为类似于malloc，即分配一个新的内存块
  • new_size：新的内存块大小，单位是字节

返回值：

  • realloc函数返回一个指向调整大小后的内存块的指针
    • 如果调整大小成功，返回新内存块的首地址
    • 如果调整大小失败（通常是因为内存不足），realloc返回NULL（在这种情况下，原始的内存块保持不变，不会被释放或修改）
    • 因此不能用原指针来接收realloc()函数返回的首地址
  • 如果ptr是NULL，realloc将分配一个新的内存块，并返回指向它的指针

请添加图片描述

  • 原始p指针和ptr指针

如果realloc()之后能够在原有的内存块附近找到足够的空间来扩展内存，它会返回原来的指针（即p）

如果不能，它会在堆上找到足够大的新内存块，将原有数据复制过去，并返回新内存块的地址（即ptr）

  • 确定p和ptr是否指向同一块内存的步骤：
    1. 比较指针地址：在调用realloc之后，检查返回的指针ptr是否与原始指针p相等
    2. 处理不同情况：
      • 如果ptr等于p，说明realloc在原有内存块旁边找到了足够的空间，没有分配新的内存块，因此不需要复制数据
        • 此时释放内存只需释放p，因为p和ptr指向同一块内存
      • 如果ptr不等于p，说明realloc分配了新的内存块，需要将原有数据复制到新的内存块，并释放原始内存块

使用示例：

int main()
{//动态开辟内存int *p = (int*)malloc(40);//malloc()在堆区申请空间if (p == NULL) {printf("%s\n", strerror(errno));//如果开辟失败则打印错误信息，并返回1return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++)//初始化申请的内存{*(p + i) = i + 1;}//使用realloc扩容int* ptr = (int*)realloc(p, 80);if (ptr == NULL) {// 如果扩容失败，释放原始内存并返回错误free(p);printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}if (p == ptr)//如果能够在原有的内存块附近找到足够的空间来扩展内存，返回原来的指针{}else {p = ptr; // 更新p指向扩容后的内存}for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}free(p);//p = ptr因此只需释放pp = NULL;return 0;
}

三、常见的动态内存错误

Ⅰ、对NULL指针的解引用操作

int main()
{int* p = (int*)malloc(sizeof(int));*p = 10;return 0;
}

  • 如果malloc()开辟动态内存失败，则会返回空指针（NULL），此时对p解引用（*p）就会发生错误

  • 在使用时应加上判断：

    •   int main(){int* p = (int*)malloc(sizeof(int));if (p == NULL)return 1;*p = 10;free(p);p=NULL;return 0;}

Ⅱ、对动态开辟空间的越界访问

越界访问的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() 
{int* array = malloc(10 * sizeof(int));if (array == NULL) {return 1;}// 初始化数组for (int i = 0; i <= 10; i++) {array[i] = i;//当i=10时，会造成越界访问}free(array);array = NULL;return 0;
}

Ⅲ、对非动态开辟的内存使用free释放

举例：

int main()
{int a = 10;int* p = &a;free(p);//errorreturn 0;
}

Ⅳ、使用free释放动态开辟内存的一部分

即：使用free()释放内存时，()内的参数指针未指向所开辟内存的首地址

举例：

int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL)return 1;for (int i = 0; i < 3; i++){*p = i;p++;//改变了p所指向的位置}free(p);//此时的指针p并不指向开辟空间的首地址return 0;
}

Ⅴ、对同一块内存空间多次释放

  • 这种错误被称为“双重释放”（Double Free）

  • 当程序试图释放已经释放过的内存时，会发生未定义行为，这可能导致程序崩溃、内存损坏、安全漏洞等问题

避免双重释放：

  • 指针置空：释放内存后，将指针立即置为NULL
free(p);
p = NULL;

示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() 
{void *p = malloc(10 * sizeof(int));if (p == NULL) return 1;// 使用内存...// 释放内存free(p);p = NULL;// 尝试再次释放，但由于p已经是NULL，所以不会发生双重释放free(p);return 0;
}

Ⅵ、未释放动态开辟的内存（内存泄漏）

示例 1 ：

void test()
{int* p = (int*)malloc(40);int n = 0;scanf("%d", &n);if (n == 4)return;free(p);//程序有概率无法到达free处，造成内存泄露p = NULL;
}
int main()
{test();return 0;
}

示例 2 ：

int* test()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL)return 1;return p;	
}
int main()
{int* ret = test();//未释放会导致内存泄露//free(ret);//ret = NULL;return 0;
}

四、柔性数组

  • 柔性数组（Flexible Array）是C语言中的一种特性，它允许在结构体的末尾定义一个大小不固定的数组

使用条件：

  • 柔性数组必须为结构体的 最后一个成员
  • 结构体中必须至少包含一个非柔性数组的成员
  • 在结构体中只能存在一个柔性数组
  • 编译器需要支持C99标准

示例：

typedef struct {int id;int grade;char name[]; // 柔性数组
} S1;
  • 在这个例子中，char name[] 是一个柔性数组，因为它没有指定具体的大小，可以根据需要动态分配内存

注意事项：

  • sizeof操作符返回的结构体大小不包括柔性数组的大小
  • 结构体中必须至少包含一个非柔性数组的成员
  • 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体的大小，以适应柔性数组的预期大小
  • 使用柔性数组可以减少内存碎片，提高内存利用率，并且使得内存释放更加方便

柔性数组的使用

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S
{int n;int arr[];//柔性数组成员
};int main()
{//分配内存：结构体的大小加上柔性数组需要的大小struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 40);if (ps == NULL){//...分配失败return 1;}//赋值ps->n = 10;for (int i = 0; i < 10; i++){ps->arr[i] = i;}//柔性数组扩容struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 40 + 12);if (ptr == NULL){//...分配失败return 2;}ps = ptr;//更新指针for (int j = 0; j < 3; j++)//对扩容的内存赋值{ps->arr[10 + j] = 10 + j;}//打印printf("%d\n", ps->n);for (int k = 0; k < 13; k++){printf("%d ", ps->arr[k]);}//释放free(ps);ps = NULL;ptr = NULL;return 0;
}

  •   100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

  • n与arr都存放在堆区，且是连续的内存

  • 请添加图片描述

  • 给一个结构体内的数据分配一个连续的内存，优点：

      1. 方便内存释放
      1. 有利于访问速度

若不使用柔性数组：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>struct S
{int n;//大小：4int* arr;//大小：4
};int main()
{struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));//sizeof(struct S)结构体的大小不包含if (ps == NULL){//...处理内存分配失败return 1;}ps->n = 10;ps->arr = (int*)malloc(40);//分配10个int的空间if (ps->arr == NULL){//...处理内存分配失败return 1;}//使用for (int i = 0; i < 10; i++)//初始化数组ps->arr[i] = i;//打印printf("%d \n", ps->n);for (int i = 0; i < 10; i++)printf("%d ", ps->arr[i]);free(ps->arr);ps->arr = NULL;free(ps);ps = NULL;return 0;
}

  •   100 1 2 3 4 5 6 7 8 9

  • 虽然n与arr都存放在堆区，但并不连续

  • 请添加图片描述

  • 不使用柔性数组会产生较多的内存碎片，且释放内存相较复杂

拓展阅读

C语言结构体里的成员数组和指针 | 酷 壳 - CoolShell

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编程日记 2025/6/21 14:04:56

PyTorch如何通过 torch.unbind 和torch.stack动态调整张量的维度顺序

笔者一篇博客PyTorch 的 torch.unbind 函数详解与进阶应用&#xff1a;中英双语中有一个例子如下&#xff1a; # 创建一个 3x2x2 的三维张量 x torch.tensor([[[1, 2], [3, 4]],[[5, 6], [7, 8]],[[9, 10], [11, 12]]])# 第一步&#xff1a;沿第 0 维分解为 3 个 2x2 张量 un…...

编程日记 2025/6/3 6:32:26

在 Node.js 中安装和使用 TensorFlow.js 的完整指南

在 Node.js 中安装和使用 TensorFlow.js 的完整指南 简介 TensorFlow.js 是一个开源的机器学习库&#xff0c;它允许在 JavaScript 环境中进行机器学习模型的开发和训练。本文将介绍如何在 Node.js 环境中安装和配置 TensorFlow.js。 环境准备 在开始之前&#xff0c;请确保…...

编程日记 2025/6/21 13:19:27

ubuntu 下如何查看用户的最近登录的时间

在 Ubuntu 系统下&#xff0c;可以通过以下几种方式查看用户最近的登录时间&#xff1a; 方法 1: 使用 last 命令 last 命令会显示系统上用户的登录记录&#xff0c;包括时间和来源。 last 用户名 例如&#xff0c;要查看用户 test 的最近登录记录&#xff1a; last test …...

编程日记 2025/5/29 19:35:20

Linux下调试工具：gdb

Windows和Linux下的调试有区别吗&#xff1f; 调试思路上一定是一样的&#xff1b;调试的操作方式有差别(Linux命令行调试&#xff0c;Windows窗口) 1.准备工作&#xff1a; 默认情况下&#xff0c;gdb无法进行对现在发布的程序进行调试(debug / release)。在Linux下用gcc编译…...

编程日记 2025/6/4 0:16:36

metagpt 多智能体系统

metagpt 多智能体系统 代码1. 动作及角色定义2. 主函数 代码解释1. 导入模块&#xff1a;2. 环境设置&#xff1a;3. 定义行动&#xff08;Action&#xff09;&#xff1a;4. 定义角色&#xff08;Role&#xff09;&#xff1a;5. 学生和老师的行为&#xff1a;6. 主函数&#…...

编程日记 2025/5/29 15:39:25

Python中opencv的一些函数及应用

Sobel 算子函数 功能&#xff1a; Sobel 算子用于计算图像的梯度&#xff08;变化率&#xff09;&#xff0c;常用于边缘检测。它通过对图像应用一个基于一阶导数的滤波器来强调图像中的边缘部分&#xff0c;特别是水平和垂直方向上的边缘。通过计算图像的梯度&#xff0c;可以…...

编程日记 2025/6/22 7:46:45

泷羽sec学习打卡-brupsuite8伪造IP和爬虫审计

声明 学习视频来自B站UP主 泷羽sec,如涉及侵权马上删除文章 笔记的只是方便各位师傅学习知识,以下网站只涉及学习内容,其他的都 与本人无关,切莫逾越法律红线,否则后果自负 关于brupsuite的那些事儿-Brup-FaskIP 伪造IP配置环境brupsuite导入配置1、扩展中先配置python环境2、安…...

编程日记 2025/6/21 23:46:29

麒麟信安推出支持信创PC的新一代云桌面方案，助力政务信创高效安全运维

12月11日&#xff0c;在第二届国家新一代自主安全计算系统产业集群融通生态大会上&#xff0c;麒麟信安发布了支持信创PC的新一代云桌面方案&#xff0c;该方案是基于国际TCI架构实现国产PC机云化纳管在国内的首次发布&#xff0c;并与银河麒麟桌面操作系统、长城国产PC整机实现…...

编程日记 2025/6/3 21:56:19

【我的开源】ESCurlGen 一款 ElasticSearch curl 命令生成器

由于经常编写复杂的 Elasticsearch 查询&#xff0c;并通过代码生成查询条件&#xff0c;我发现每次使用 curl 请求 Elasticsearch 时&#xff0c;手动复制配置信息并构建 curl 命令的过程非常繁琐&#xff0c;尤其是在管理多个环境的情况下更为不便。因此&#xff0c;我利用 A…...

编程日记 2025/6/1 9:16:28

基于ESP32的桌面小屏幕实战[4]：硬件设计之PCB Layout

1. PCB Layout 步骤 生成PCB 确定PCB layout规范 绘制板框尺寸 布局 布局规范&#xff1a; 按电气性能合理分区&#xff0c;一般分为&#xff1a;数字电路区&#xff08;即怕干扰、又产生干扰&#xff09;、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区&#xff08;干扰源&#xff09;&a…...

编程日记 2025/6/21 15:44:27

(css)element中el-select下拉框整体样式修改

(css)element中el-select下拉框整体样式修改 重点代码&#xff08;颜色可行修改&#xff09; // 修改input默认值颜色 兼容其它主流浏览器 /deep/ input::-webkit-input-placeholder {color: rgba(255, 255, 255, 0.50); } /deep/ input::-moz-input-placeholder {color: rgba…...

编程日记 2025/6/20 21:45:51

金融分析-Transformer模型（基础理论）

Transformer模型 1.基本原理 transformer的core是注意力机制&#xff0c;其本质就是编码器-解码器。他可以通过多个编码器进行编码&#xff0c;再把编码完的结果输出给解码器进行解码&#xff0c;然后得到最终的output。 1.1编码器 数据在编码器中会经过一个self-attention的…...

编程日记 2025/6/19 19:58:15

Parcel 常用插件：增强功能与性能的最佳选择

前言 Parcel 是一个现代化的零配置应用打包工具&#xff0c;旨在简化开发流程并提高效率。通过其智能的默认配置和丰富的插件生态系统&#xff0c;Parcel 使得开发者能够轻松应对各种构建需求。虽然 Parcel 在大多数情况下可以开箱即用&#xff0c;但为了满足特定的项目需求&a…...

编程日记 2025/6/3 3:36:07

Vite 与 Webpack 的区别

在前端开发中&#xff0c;构建工具是不可或缺的&#xff0c;Webpack 和 Vite 是当前最流行的选择之一。尽管它们的目标相似&#xff0c;但在实现方式和开发体验上却有显著差异。本文将探讨 Vite 和 Webpack 的主要区别&#xff0c;以便于根据项目需求选择合适的工具。 1. 构建…...

编程日记 2025/6/21 7:50:51

服务器ubuntu重装系统后将原来的用户进行关联

服务器ubuntu重装系统后将原来的用户数据进行关联 关联用户到已存在目录 sudo useradd user_name -m -s /bin/bash -d /home***/name添加sudo权限 vim /etc/sudoers# 文件末尾添加 user_name ALL(ALL:ALL) ALL更改拥有者 sudo chown -R user_name:user_name /home***/na…...

编程日记 2025/6/20 16:01:25

Python模块导入：import与from...import的深度解析

Python模块导入&#xff1a;import与from…import的深度解析 在Python编程中&#xff0c;模块的导入是组织和复用代码的关键环节。Python提供了import和from...import两种常见的模块导入方式&#xff0c;它们在使用方式、命名空间管理、可读性、内存使用等方面各有特点&#x…...

编程日记 2025/6/3 21:26:27

ROS2-humble中指定OpenCV版本进行开发

本地是Ubuntu22.04系统&#xff0c;安装了ROS2-humble&#xff0c;看了下humble自带的OpenCV版本4.5.4&#xff0c;由于DNN模块读取.onnx格式的模型要用OpenCV4.7及以上的版本&#xff0c;于是编译了4.10.0的OpenCV&#xff0c;但开发ROS2节点时&#xff0c;虽然CMake中已经指定…...

编程日记 2025/6/23 0:12:08

如何在 Ubuntu 22.04 上使用 vnStat 监控网络流量

简介 vnStat是一个免费的、开源的、基于控制台的Linux操作系统网络流量监控工具。通过vnStat&#xff0c;你可以在不同的时间段监控网络统计数据。它简单、轻量级&#xff0c;并且消耗的系统资源很小。vnStat允许你按小时、日、月、周和日生成网络流量数据。本教程将向你展示如…...

编程日记 2025/5/25 23:17:13