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。malloc和calloc之间的不同点是，malloc不会设置内存为零，而calloc会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
calloc会初始化空间为0
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
新的空间。
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
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；
①str传给p的时候，是值传递，p是str的临时拷贝，所以当malloc开辟的空间起始地址放在p中时，不会影响str，str依然为NULL
②当str时NULL，strcpy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：*
代码改正：
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
代码分析：
错误原因；
①p是局部变量（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：
代码改正：
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；
①malloc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：
代码改正：
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；
①free完之后没有将指针置空，造成了野指针的存在
②野指针会导致非法访问行为
图解：
代码改正：
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);
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原创不易，如果觉得还不错，留个三连不过分吧~ 有访必回~