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想要节省空间,你必须要知道——动态内存管理(附通讯录动态内存版源码)_DerrickWestbrook的博客

18 人参与  2022年02月13日 09:27  分类 : 《休闲阅读》  评论

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想要节省空间,你必须要知道——动态内存管理 (附通讯录动态内存版源码)

  • 1.    为什么存在动态内存分配
  • 2.    动态内存函数的介绍
    • 2.1    malloc
    • 2.2    free
      • malloc和free通常配合一起使用:
    • 2.3    calloc
    • 2.4    realloc
  • 3.    常见的动态内存错误
  • 4.    几个经典的笔试题
    •     题目1:
    •     代码分析:
    •     代码改正:
    •     题目2:
    •     代码分析:
    •     代码改正:
    •     题目3 :
    •     代码分析:
    •     代码改正:
    •     题目4 :
    •     代码分析:
    •     代码改正:
  • 5.    柔性数组
  • 通讯录(动态储存版本)源码

(附通讯录动态内存版源码))

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:

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。

2.    动态内存函数的介绍


2.1    malloc

C语言为我们提供了一个动态内存开辟的函数

描述

C 库函数 void *malloc(size_t size) 分配所需的内存空间,并返回一个指向它的指针

声明

void *malloc(size_t size)

参数

size – 内存块的大小,以字节为单位。

返回值

该函数返回一个指针 ,指向已分配大小的内存。如果请求失败,则返回 NULL

注意点:

1.如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针
2.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
3.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。
4.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。
5.malloc开辟的内存空间是在堆上的不会自动释放空间


2.2    free

由于malloc是在堆空间上开辟内存,不会被自动释放,容易造成内存泄漏
这时候,C语言里提供了一个free函数,来人为释放动态内存开辟的空间,将空间还给操作系统

描述

C 库函数 void free(void *ptr) 释放之前调用 calloc、malloc 或 realloc 所分配的内存空间

声明

void free(void *ptr)

参数

ptr – 指针指向一个要释放内存的内存块,该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果传递的参数是一个空指针,则不会执行任何动作

返回值

该函数不返回任何值

注意:

1.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
2.如果参数 ptr 是NULL指针,则函数什么事都不做。
3.通常在free完之后,要 ptr=NULL;将指针给置空,否则当释放了空间,这块空间的指针仍然存在,就会造成一个野指针

malloc和free通常配合一起使用:

举个栗子

#include <stdio.h>
int main()
{
 //代码1
 int num = 0;
 scanf("%d", &num);
 int arr[num] = {0};
 //代码2
 int* 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?答案是很有必要
 return 0; 
 }

2.3    calloc

描述

C 库函数 void *calloc(size_t nitems, size_t size) 分配所需的内存空间,并返回一个指向它的指针。malloccalloc 之间的不同点是malloc 不会设置内存为零,而 calloc设置分配的内存为零。

声明

void *calloc(size_t nitems, size_t size)

参数

nitems – 要被分配的元素个数
size元素的大小

返回值

该函数返回一个指针,指向已分配的内存。如果请求失败,则返回 NULL

注意:

1.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
2.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

举个例子:

malloc不会初始化空间,cd就是随机值的意思
在这里插入图片描述

calloc会初始化空间为0
在这里插入图片描述


2.4    realloc

描述

C 库函数 void *realloc(void *ptr, size_t size) 尝试重新调整之前调用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的内存块的大小

声明

void *realloc(void *ptr, size_t size)

参数

ptr – 指针指向一个要重新分配内存的内存块,该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果为空指针,则会分配一个新的内存块,且函数返回一个指向它的指针
size – 内存块的新的大小,以字节为单位。如果大小为 0,且 ptr 指向一个已存在的内存块,则 ptr 所指向的内存块会被释放,并返回一个空指针

返回值

该函数返回一个指针 ,指向重新分配大小的内存。如果请求失败,则返回 NULL

注意:

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 的空间

realloc在调整内存空间的时候存在两种情况
情况1:原有空间之后没有足够大的空间
情况2:原有空间之后有足够大的空间
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

因为有两种情况的存在,所以我们在使用realloc函数的同时要注意检查返回的是否为空指针

#include <stdio.h>
int main()
{
 int *ptr = malloc(100);
 if(ptr != NULL)
 {
     //业务处理
 }
 else
 {
     exit(EXIT_FAILURE);    
 }
 //扩展容量

 //代码1
 ptr = realloc(ptr, 1000);//这样可以吗?(如果申请失败会如何?)
 // 答案是不可以,有可能会追加开辟内存失败,然后丢失原有内存
 
 //代码2
 int*p = NULL;
 p = realloc(ptr, 1000);//通过一个中间变量来判断是否追加开辟内存成功
 if(p != NULL)
 {
 ptr = p;
 }
 //业务处理
 free(ptr);
 return 0; }

3.    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?
 //这样不可以,会报错,非堆上的动态内存不能用free来释放
}

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,程序会挂掉
         //free释放的是p指向的空间,p必须指向所要释放空间的起始地址
}

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,会报错
}

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();
 //这里应该free掉开辟的动态内存空间
 while(1);
}

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

    题目1:

void GetMemory(char *p) 
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void) {
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

运行Test会有什么结果?
答案是会程序会挂掉


    代码分析:

错误原因;
str传给p的时候,是值传递pstr临时拷贝,所以当malloc开辟的空间起始地址放在p中时,不会影响strstr依然为NULL
②当strNULLstrcpy想把hello world拷贝到str指向的空间时,程序就崩溃了,因为NULL指针指向的空间是不能直接访问的


图解:*
在这里插入图片描述


    代码改正:

在这里插入图片描述


    题目2:

char *GetMemory(void) 
{
 char p[] = "hello world";
 return p; 
}

void Test(void) 
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
}

运行Test会有什么结果?
答案是
在这里插入图片描述


    代码分析:

错误原因;
p局部变量(局部变量是存在栈区的),函数调用完之后就会随着函数空间的销毁而销毁,将内存空间还给操作系统
②返回的p实际上已经是一个野指针了,指向的是未知的空间


图解:
在这里插入图片描述


    代码改正:

在这里插入图片描述


    题目3 :

void GetMemory(char **p, int num) {
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void) {
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
}

运行Test会有什么结果?
答案是
内存泄漏!!!!


    代码分析:

错误原因;
malloc申请了内存空间,是在堆区上的,是不会自动销毁的
②如果在使用完成之后没有free掉这块空间,会造成内存泄漏,内存泄漏是指程序中已动态分配的的堆内存,由于某些原因无法释放或者未释放,造成的内存浪费


图解:
在这里插入图片描述


    代码改正:

在这里插入图片描述


    题目4 :

void Test(void)
{
 char *str = (char *) malloc(100);
 strcpy(str, "hello");
 free(str);
 if(str != NULL)
 {
 strcpy(str, "world");
 printf(str);
 }
}

运行Test会有什么结果?
答案是
数据非法访问

    代码分析:

错误原因;
free完之后没有将指针置空,造成了野指针的存在
野指针会导致非法访问行为


图解:
在这里插入图片描述


    代码改正:

在这里插入图片描述

5.    柔性数组

也许你从来没有听说过柔性数组(flexible array)这个概念,但是它确实是存在的。
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。

例如:

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员
}type_a;

有些编译器会报错无法编译可以改成:

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。

例如:

//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

柔性数组的使用

//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 = 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(动态储存版本)源码

通讯录.c

#include "contact.h"

void menu()  
{
	printf("******************************\n");
	printf("****  1. 添加      2. 删除  **\n");
	printf("****  3. 搜索      4. 修改  **\n");
	printf("****  5. 展示全部  6. 排序  **\n");
	printf("****  0. 退出               **\n");
	printf("******************************\n");
}



int main()
{
	int input = 0;
	//创建一个通讯录
	struct Contact con;
	//初始化通讯录
	InitContact(&con);

	do
	{
		menu();
		printf("请选择:>");
		scanf_s("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case ADD:
			AddContact(&con);
			break;
		case DEL:
			DeletContact(&con);
			break;
		case SHOW:
			ShowContact(&con);
			break;
		case MODIFY:
			ModifyContact(&con);
			break;
		case SEARCH:
			SearchContact(&con);
			break;
		case SORT:
			SortContact(&con);
			break;
		case EXIT:
			//销毁通讯录
			DestroyContact(&con);
			printf("退出通讯录\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

contact.c

#include "contact.h"

//静态初始化
//void InitContact(struct Contact* pc)
//{
//	pc->sz = 0;//默认没有信息
//	memset(pc->data, 0, MAX*sizeof(struct PeoInfo));
//	memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
//}

//动态初始化
void InitContact(struct Contact* pc)
{
	pc->sz = 0;
	pc->data = (struct PeoInfo*)malloc(DEFAULT_SZ * sizeof(struct PeoInfo));
	pc->capacity = DEFAULT_SZ;//初始最大容量为3
}

//静态添加
//void AddContact(struct Contact* pc)
//{
//	if (pc->sz == MAX)
//	{
//		printf("通讯录满了\n");
//	}
//	else
//	{
//		printf("请输入名字:>");
//		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].name, 30);
//		printf("请输入年龄:>");
//		scanf_s("%d", &(pc->data[pc->sz].age));
//		printf("请输入性别:>");
//		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].sex, 5);
//		printf("请输入电话:>");
//		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].tele, 12);
//		printf("请输入地址:>");
//		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].addr, 30);
//
//
//		printf("添加成功\n");
//		pc->sz++;
//		ShowContact(pc);
//	}
//}

//动态添加
void AddContact(struct Contact* pc)
{
	if (pc->sz == pc->capacity)
	{
		struct PeoInfo* ptr = (struct PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + 2) * sizeof(struct PeoInfo));
		if (ptr != NULL)
		{
			pc->data = ptr;
			pc->capacity += 2;

			printf("增容成功\n");
		}
		else
		{
			return;
		}
		printf("增容成功\n");
	}
	
	//录入新增人的信息
	    printf("请输入名字:>");
		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].name, 30);
		printf("请输入年龄:>");
		scanf_s("%d", &(pc->data[pc->sz].age));
		printf("请输入性别:>");
		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].sex, 5);
		printf("请输入电话:>");
		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].tele, 12);
		printf("请输入地址:>");
		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].addr, 30);


		printf("添加成功\n");
		pc->sz++;
		ShowContact(pc);
}



void DeletContact(struct Contact* pc)
{
	printf("请输入需要删除的联系人姓名\n");
	char name[30] = "0";
	scanf_s("%s", name, 30);
	for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
	{
		if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
		{
			
			for (int j = i; j < pc->sz-1; j++)
			{
				strcpy_s(pc->data[j].name, 30, pc->data[j + 1].name);
				strcpy_s(pc->data[j].sex, 5, pc->data[j + 1].sex);
				strcpy_s(pc->data[j].tele, 12, pc->data[j + 1].tele);
				strcpy_s(pc->data[j].addr, 30, pc->data[j + 1].addr);
				pc->data[j].age = pc->data[j + 1].age;
			}
			printf("删除成功\n");
			(pc->sz)--;
			ShowContact(pc);
		}
	}
}

void ModifyContact(struct Contact* pc)
{
	printf("请输入需要修改的联系人姓名\n");
	char name[30] = "0";
	scanf_s("%s", name, 30);
	for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
	{
		if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
		{
			printf("请输入名字:>");
			scanf_s("%s", pc->data[i].name, 30);
			printf("请输入年龄:>");
			scanf_s("%d", &(pc->data[i].age));
			printf("请输入性别:>");
			scanf_s("%s", pc->data[i].sex, 5);
			printf("请输入电话:>");
			scanf_s("%s", pc->data[i].tele, 12);
			printf("请输入地址:>");
			scanf_s("%s", pc->data[i].addr, 30);

			printf("修改成功!\n");
			ShowContact(pc);
		}
	}
}




void ShowContact(struct Contact* pc)
{
	int i = 0;
	printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr");
	for (i = 0; i < pc->sz ; i++)
	{
		//打印每一个数据
		printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n",
			i + 1,
			pc->data[i].name,
			pc->data[i].age,
			pc->data[i].sex,
			pc->data[i].tele,
			pc->data[i].addr);
	}
}

void SearchContact(struct Contact* pc)
{
	printf("请输入需要搜索的联系人姓名\n");
	char name[30] = "0";
	scanf_s("%s", name, 30);
	for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
	{
		if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
		{
			printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr");
			printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n",
				i + 1,
				pc->data[i].name,
				pc->data[i].age,
				pc->data[i].sex,
				pc->data[i].tele,
				pc->data[i].addr);
			return;
		}
	}
	printf("找不到联系人信息\n");
}

void SortContact(struct Contact* pc)
{
	struct PeoInfo temp;
	for (int j = 0; j < pc->sz - 1; j++)
		for (int i = 0; i < pc->sz - 1 - j; i++)
		{
			if (strcmp(pc->data[i].name, pc->data[i + 1].name) > 0)
			{
				temp = pc->data[i + 1];
				pc->data[i + 1] = pc->data[i];
				pc->data[i] = temp;
			}
		}
	ShowContact(pc);
}

void DestroyContact(struct Contact* pc)
{
	free(pc->data);
	pc->data = NULL;
	pc->capacity = 0;
	pc->sz = 0;
}

contact.h

#pragma once


#define NAME_MAX 30
#define SEX_MAX 5
#define TELE_MAX 12
#define ADDR_MAX 30
#define MAX 1000
#define DEFAULT_SZ 3 //默认大小为3

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
//创建枚举变量
enum Option
{
	EXIT,
	ADD,
	DEL,
	SEARCH,
	MODIFY,
	SHOW,
	SORT
};

//描述人的信息
struct PeoInfo
{
	char name[NAME_MAX];
	int age;
	char sex[SEX_MAX];
	char tele[TELE_MAX];
	char addr[ADDR_MAX];
};


//通讯录-静态版本
//struct Contact
//{
//	struct PeoInfo data[MAX];//1000个人的数据存放在data数组中
//	int sz;//记录当前通讯录有效信息的个数
//};

//动态增长的版本
struct Contact
{
	struct PeoInfo* data;
	int sz;//通讯录中当前有效元素的个数
	int capacity;//通讯录的当前最大容量
};


//初始化通讯录
void InitContact(struct Contact* pc);

//增加联系人
void AddContact(struct Contact* pc);

//删除联系人
void DeletContact(struct Contact* pc);

//修改联系人信息
void ModifyContact(struct Contact* pc);

//搜索联系人信息
void SearchContact(struct Contact* pc);

//显示所有的联系人
void ShowContact(struct Contact* pc);

//按姓氏排序联系人信息
void SortContact(struct Contact* pc);
//销毁通讯录
void DestroyContact(struct Contact* pc);

本文为学习中的知识总结,如有错误请评论区留言,感激不尽~
原创不易,如果觉得还不错,留个三连不过分吧~ 有访必回~


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