指针的奇技淫巧二__C的动态内存管理

指针的强大很大程度上源于它能追踪动态分配的内存，内存管理对所有的程序来说都是相当重要的，有程序运行时内存的隐式管理，也有我们下面讲的自己把数据推到内存堆上管理。PHP对于这一点额。。。

#动态内存分配
在C中动态分配内存的基本步骤有：

1. 用malloc类的函数分配内存；
2. 用这些内存支持应用程序；
3. 用free函数释放内存。

int *pi = (int*) malloc(sizeof(int));
*pi = 5;
printf("*pi: %d\n",*pi);
free(pi)

解引操作常见的错误

int *pi;
*pi = (int*) malloc(sizeof(int));

问题出在赋值符号左边。我们再解引指针，这样会把malloc函数返回的地址赋值给pi中存放的地址所在的内存单元。通俗理解就是修改了pi指向的值，但是未修改pi执行的地址的值。有点难理解。可以产考下个人对指针书写的理解。
认识指针

正确的方法如下

pi = (int*) malloc(sizeof(int));

解释下代码意识，方便记忆

错误的方法

*pi =	(int*)	malloc(sizeof(int));
pi指向的内存地址的值	强转为int	声明一个int单位堆内存

正确的方法

pi =	(int*)	malloc(sizeof(int));
pi指向的内存地址的值	强转为int	声明一个int单位堆内存

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ps:但是我们可以这样赋值

int *pi = (int*) malloc(sizeof(int));

在编译器看来，作为初始化操作符的=和作为赋值操作符的=不一样！！

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内存泄露

如果不再使用已分配的内存却没有将其释放就会发生内存泄露，导致内存泄露的主要情况可能如下

• 丢失内存地址
• 应该调用free函数却没有调用（隐式泄露）

丢失内存地址举例

int *pi = (int*) malloc(sizeof(int));
*pi = 5;
...
pi = (int*) malloc(sizeof(int));

在第一次malloc申请一个堆的时候，操作系统分配了一个内存地址给我们，并且赋值给了指针pi,我们往这个地址中写入了数据（int 5）。后续申请一个堆，覆盖了之前申请的地址，指向5的内存地址的值就丢失了，但是int 5 占用的内存空间并没有释放掉。

动态内存分配函数

这里要介绍几个可以用来管理动态内存的函数

名称	作用
malloc	从堆上分配内存
realloc	在之前分配的内存块基础上，将内存重新分配更大或者更小
calloc	从堆上分配内存并清零
free	将内存块返回堆

malloc

从堆上分配一块内存，所分配的字节数由该函数唯一的参数指定，返回值是void指针，如果内存不足返回NULL，此函数不会清空或者修改内存，所以我们认为新分配的内存包含垃圾数据函数原型如下：

void* malloc(size_t);

执行malloc函数会进行以下操作：

1. 从堆上分配内存
2. 内存不会被修改或者清空
3. 返回首字节的地址

注:当malloc无法分配内存时会返回NULL，在使用它返回指针之前先检查NULL是个好的习惯

int *pi = (int*) malloc(sizeof(int));
if(pi != NULL){
	//指针没问题
}else{
	//无效的指针
}

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场景一： 要不要强制类型转换？

在两种不相互不兼容的指针类型之间赋值需要对malloc使用显式转换类型，避免警告。如果是赋值给void指针就不需要显式转换了，但是个人觉得malloc后强制类型转换是一个比较好的编码习惯，因为

• 这样可以说明malloc函数的用意；
• 可以兼容C++和早期的C编译器

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场景二：分配内存失败

如果声明一个指针，但是没有在使用它之前为它指向的地址分配内存，那么内存通常会包含垃圾，这样会导致一个无效内存引用的错误

int *pi;
...
printf("%d\n",*pi);

字符串操作这类问题比较常见

char *name;
printf("enter a name:");
scanf("%s",name);

这看起来貌似没什么问题，天衣无缝。但是实际上name的这块内存还没有分配，也就是指针没有指向任何的内存地址。这容易和 char name;声明一个字符变量搞混。

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场景三：没有给malloc传递正确的参数

• 确认可分配的最大内存数
• malloc传递不能为负数

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场景四：静态，全局指针和malloc

初始化静态或全局变量时不能调用函数，这样会编译时会产生一个错误信息。列如

static int *pi = malloc(sizeof(int));

对于静态变量，可以通过在后面用一个单独的语句给变量分配内存来避免这个问题。

static int *pi;
pi = malloc(sizeof(int));

calloc

calloc 会在分配的同时清空内存，函数原型如下：

void *calloc(size_t numElements, size_t elementSize);

清空内存是指将内容设置为二进制0
下列为pi分配20字节，全包含0：

int *pi = calloc(5,sizeof(int));

使用malloc这样实现

int *pi = malloc(5 * sizeof(int));
memset(pi,0,5*sizeof(int));

memset函数会用某个值填充内存块，第一个参数是指向要填充缓冲区的指针，第二个参数是填充缓冲区的值，最后一个是要填充的字节数

realloc

我们会时不时的增加或者减少指针分配给我们的内存，毕竟程序变换和产品爸爸的心情一样的嘛~如果是动态的变长数组这个方法尤为有用。

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

名称	介绍
*ptr	指向原内存块的指针
size	请求大小
void *	返回指向重新分配的内存指针

如果请求的比当前的分配小，那么多余的内存会返还给堆，不能保证多余的内存会清空。如果请求的比当前的大，那么就尽量分配紧挨着当前分配内存，如果没有就在堆上其他区域分配把当前的内存复制到新的区域去

realloc函数行为

第一个参数	第二个参数	行为
空	无	同malloc
非空	0	原内存块被释放
非空	比原内存块小	利用当前块分配更小的块
非空	比原内存块大	要么当前位置要么其他位置分配跟大的快

realloc 在变小了指针内存过后溢出的内存不会马上释放，但是我们也修改不了了

free

函数原型

void free(void *ptr);

特别需要明白的概念是，free释放掉内存后，我们的指针还是指向的这块malloc函数分配的内存地址，这块内存被返回给了堆，尽管指针依然指向这块区域，但是我们应该将它看成指向了垃圾数据。这块区域稍后可能会被重新的分配写入不可预期的内容。

需要注意的几点：

• 将已释放的指针赋值为NULL是一个好习惯
• 重复释放运行会导致堆损坏和终止程序，同一块内存我们没有理由释放两次
• 释放的内存会返回给堆供应用程序的后续使用，free不会体现在程序的内存使用上

迷途指针

迷途指针上面在注意点一有说到，将已释放的指针赋值为NULL可以避免掉。迷途指针是指：内存已经释放，而指针还在引用原始内存。

使用迷途指针会造成一系列的麻烦：

• 如果访问内存，则行为不可预期；
• 如果内存不可访问，则是段错误；
• 潜在的安全隐患