C語言動態記憶體管理

經典筆試題目

柔性陣列

首先，在了解乙個東西的時候，我們需要先知道，為什麼存在?每乙個事物的存在都是有它的意義的。我們以往定義乙個變數是這樣的：

int
main()

在棧上開闢空間有兩個特點：

空間開闢大小是固定的。（空間是有限的）

陣列在宣告的時候，必須指定陣列的長度，它所需要的內存在編譯時分配。例：我們定義乙個陣列的時候，必須要給他乙個具體的大小，即陣列的元素個數。

然而，我們的有些情況，陣列的大小根本無法確定，具體的大小是在程式跑起來之後，才可以知道，所以，動態開闢因此而生。

void
*malloc
(size_t size)
;

現在我們可以動態開闢空間了，那麼與之對應的就有乙個問題，這段空間該如何釋放呢？

那麼我們又有乙個問題了，之前我定義乙個變數都沒有管過它呀，我只需要定義和使用就可以了。甚至還很納悶，記憶體需要釋放嗎？

我們之前定義的變數，他們的空間都是在記憶體中的棧區的棧幀上定義的，棧是乙個高效的空間，他會自動為你開闢空間，當函式呼叫結束的時候，棧幀被釋放，變數的空間相應的就也被釋放了。

但是，現在我們是在堆區開闢的空間，它可以給你動態的開闢你想要的空間，但是它不會像棧一樣，去自動的幫你去釋放空間，所以c語言，提供了專用於釋放動態開闢的空間的函式，free因此而生。

free函式原型如下：

void
free
(void
* ptr)
;

malloc在堆上申請空間，程式設計師申請，程式設計師釋放。如果不釋放，會有記憶體洩漏，但是程式退出，記憶體洩漏隨機消失（作業系統收回）。

malloc和free都宣告在stdlib.h標頭檔案中。

函式原型如下：

void
*calloc
(size_t num, size_t size)
;

calloc和malloc的區別僅僅只是，乙個會初始化所有元素，乙個僅僅是開闢空間。

在有些時候，我們可能會覺得前面動態開闢的空間（malloc或者calloc）有點小了或者是大了。我們為了合理的使用記憶體，我們就需要對記憶體進行靈活的調整，realloc函式因此而生。

函式原型如下：

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

我們已經有了起始位址，為何還有給我們返回乙個新的起始位址呢？

在原來的空間後面有足夠大的空間，來容納現在realloc需求的空間，那麼就返回原來的起始位址，即起始位址不變。

在原來的空間後面沒有足夠大的空間，來容納現在realloc需求的空間，那麼函式會在堆區上另外找一塊足夠大的空間，把原空間的內容全部複製乙份過去，並且把原空間free，然後返回該新區域的起始位址。（具體指向順序可能並非如此）

void
getmemory
(char
* p)
void
test()

分析：test函式中呼叫getmemory函式的時候，傳入str,傳入的實際上是str的內容，在getmemory內部會形成乙個變數p是str的乙份拷貝（p在棧上開闢空間），即p->null，然後在getmemory函式內部動態開闢一塊空間，由p指向該堆空間，然後getmemory函式執行結束，相應的棧幀銷毀，p變數被釋放。現在（getmemory函式呼叫結束）,str依舊指向null，p已經不存在。

存在問題：

由於原來只有p指向堆空間，現在p被釋放，堆空間未被釋放，且無法被找到，造成記憶體洩漏。

strcpy函式，傳入引數str為null，寫入位置錯誤。

char
*getmemory()
void
test()

分析：呼叫getmemory函式，函式會在棧區形成棧幀，並且定義乙個字元陣列，為陣列p開闢空間，恰好容納"hello world!"，最後返回陣列p的位址，函式執行結束，棧幀銷毀，p陣列被釋放。

存在問題：

test函式呼叫getmemory，str被賦值為p的位址，但是，p陣列的所有內容，已經被釋放，緊接著會呼叫printf函式，在棧上形成棧幀，覆蓋剛剛的那片區域，所以該程式執行後，會在螢幕上輸出亂碼。

或許你從來沒有聽過柔性陣列這個概念，但是它確確實實是存在的。接下來，簡單講解什麼是柔性陣列。

typedef
struct st_typetype_a;

注意：有些編譯器寫成上面這種格式，可能會無法編譯。可以將柔性陣列成員a[0]改為a

特點：

為了在結構體內部動態的定義乙個陣列的大小，還有一種方式，就是在結構體內部定義想要的陣列的指標，然後再外面呼叫的時候，對其進行malloc()開闢並且將指標賦值。

這樣做相對於柔性陣列來說，有以下幾個缺點：

①記憶體如果開闢失敗，由於結構體本身需要開闢空間，內部陣列也需要開闢空間，2次的開闢空間，如果第二次開闢失敗，就還需要free掉第一次開闢的結構體的空間，比較麻煩。而且，如果全部成功，那麼在釋放的時候，為了避免記憶體洩漏，需要先釋放陣列的空間，再釋放結構體的空間，同樣比較麻煩。而柔性陣列就只需開闢一次成功，和釋放一次，實現同樣的功能，柔性陣列更加的方便。

②這種方式開闢出來的空間，不一定是連續的，但是柔性陣列的空間是連續的。連續的記憶體有益於提高訪問速度，也有益於減少記憶體碎片。

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