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C语言动态内存分配和内存操作函数使用详解

作者：编程远泊

但是在实际的编程中，往往会发生这种情况，即所需的内存空间取决于实际输入的数据，而无法预先确定 。为了解决上述问题，Ｃ语言提供了一些内存管理函数，这些内存管理函数可以按需要动态的分配内存空间，也可把不再使用的空间回收再次利用

1 动态内存分配的介绍

2 malloc和free函数

#include <stdlib.h>

malloc函数 ----> 在堆区分配空间
void *malloc(size_t size);
功能：手动在堆区分配内存空间
参数：
@ size : 分配堆区空间的大小，以字节为单位
返回值：
成功：返回分配堆区空间的首地址
失败：返回NULL

free函数 ----> 释放堆区的空间
void free(void *ptr);
功能：手动释放堆区的空间
参数：
@ ptr : 释放堆区空间的首地址
返回值：无

3 测试代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    /*your code*/
#if   0
    // 回顾：定义指针变量的初始化方式
    int *p = NULL;   // 指针变量p在栈区分配的空间
    int a = 100;     // 变量a在栈区分配的空间
    p = &a;   // 指针p指向栈区空间
    char *str = "hello world"; 
            // 指针变量str在栈区分配的空间
            // "hello world" 在字符串的常量区
#endif 
    // 定义一个指针变量，指向一个堆区的空间 
    int *m_p = NULL;
    m_p = (int *)malloc(sizeof(int));
    // 对返回值进行判断
    if(m_p == NULL) {
        printf("malloc memory failed!\n");
        return -1;
    }
    printf("malloc memory successed!\n");
    // 对m_p指针指向的堆区空间进行初始化
    *m_p = 1000;
    printf("打印堆区空间中的值 : %d\n", *m_p);
#if 0
    // 释放堆区的空间
    free(m_p);
    // 将m_p指向NULL,防止野指针的出现
    m_p = NULL;
#endif 
    // 为什么必须释放完堆区空间指针让指针指向NULL，如果不指向有可能会出现野指针
    printf("释放之前，m_p指针变量中存放的地址 = %p\n", m_p);
    // 释放堆区的空间, 
    // free函数只是单纯的释放了堆区的空间，别人就可以再次使用这块堆区空间，
    // free函数并没有将m_p指针变量中存放的地址清空，因此需要成需要手动将m_p指向NULL
    free(m_p);
    printf("释放之后，m_p指针变量中存放的地址 = %p\n", m_p);
    // 释放堆区空间没有将m_p指向NULL,此时依然可以对m_p指向的空间赋值，
    // 并且编译不会报错，也可以正常指向，但是这样就访问了非法的空间。
    *m_p = 2000;
    printf("打印释放堆区空间之后m_p指向的空间的值 : %d\n", *m_p);
    // 如果将m_p指向null之后，就可以预防野指针的出现，
    // 当执行程序时就会报段错误
    m_p = NULL;
    *m_p = 3000;
    printf("打印释放堆区空间之后m_p指向的空间的值 : %d\n", *m_p);//段错误
    return 0;
}

练习题：使用malloc在堆区给int *p； 分配（sizeof(int) * 10）,大小的空间，通过终端输入的方式对堆区进行初始化，然后使用冒泡排序的方式对堆区空间中的成员进行排序。使用多文件编程的方式实现。

bubbling.h文件：

#ifndef __BUBBLING_H__
#define __BUBBLING_H__
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int *malloc_int(int len);
void print(int *p,int len);
void bubbling(int *p,int len);
void free_p(int *p);
#endif

main.c文件：

#include "bubbling.h"
int main(int argc, const char *argv[])
{
    printf("请输入要输入元素的个数>");
    int n=0;
    scanf("%d",&n);
    int *p=malloc_int(n);
    printf("请输入要排序的元素>\n");
    for(int i=0;i<n;i++){
        scanf("%d",p+i);
    }
    printf("未排序前>\n");
    print(p,n);
    bubbling(p,n);
    printf("排序后>\n");
    print(p,n);
    free_p(p);
    p=NULL;
    return 0;
}

malloc_free.c文件：

#include "bubbling.h"
int *malloc_int(int len){
    int *q=(int *)malloc(sizeof(int)*len);
    if(NULL==q){
        printf("申请空间失败！\n");
    }
    return q;
}
void free_p(int *p){
    if(NULL==p){
        printf("传参错误!\n");
    }
    free(p);
    p=NULL;
}

bubbling.c文件：

#include "bubbling.h"
void bubbling(int *p,int len){
    if(NULL==p){
        printf("传参错误！\n");
    }
    for(int j = 0; j < len-1; j++){
		//内层循环控制一趟排序
		for(int i = 0; i < len-1-j; i++){
					//此处的 -1 是防止越界访问的
					//此处的 -j 是因为每趟都可以少比较一个元素
			if(p[i] > p[i+1]){//如果是降序 只需要将此处的 > 改成 < 即可
				//交换
				int temp = p[i];
				p[i] = p[i+1];
				p[i+1] = temp;
			}
		}
	}
}

print.c文件：

#include "bubbling.h"
void print(int *p,int len){
    if(NULL==p){
        printf("传参错误！\n");
    }
    for(int i=0;i<len;i++){
        printf("%4d",*(p+i));
    }
    puts("");
}

4 goto的使用场合

常用于出错处理

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    /*your code*/
    // 1. 定义3个指针类型的变量，最终都指向一个堆区的空间
    int *i_p = NULL;
    short *s_p = NULL;
    char *c_p = NULL;
    i_p = (int *)malloc(sizeof(int));
    if ( i_p == NULL) 
    {
        printf("i_p malloc memory failed!\n");
        // 如果失败直接退出，没有问题
        goto ERR1;
    }
    s_p = (short *)malloc(sizeof(short));
    if ( s_p == NULL) 
    {
        printf("s_p malloc memory failed!\n");
        // 如果失败需要先将i_p指向的堆区空间释放     
        goto ERR2;
    }
    c_p = (char *)malloc(sizeof(char));
    if ( c_p == NULL) 
    {
        printf("c_p malloc memory failed!\n");
        // 如果失败需要先将i_p和s_p指向的堆区空间释放
        goto ERR3;
    }
    // 如果都分配成功，不使用时手动释放，
    // 如果不手动释放，当进行结束之后，系统也会进行回收。
    free(c_p);
    free(s_p);
    free(i_p);
    return 0;
ERR3:
    free(s_p);
ERR2:
    free(i_p);
ERR1:
    return -1;
}

宏定义函数版：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define NODE(T) T *T##_p = NULL;
#define MALLOC(T) T##_p=(T *)malloc(sizeof(T)); 
int main(int argc, const char *argv[])
{
    /*your code*/
    // 1. 定义3个指针类型的变量，最终都指向一个堆区的空间
    // int *int_p = NULL;
    NODE(int)
    // short *s_p = NULL;
    NODE(short)
    // char *c_p = NULL;
    NODE(char)
    // i_p = (int *)malloc(sizeof(int));
    MALLOC(int)
    if ( int_p == NULL) 
    {
        printf("i_p malloc memory failed!\n");
        // 如果失败直接退出，没有问题
        goto ERR1;
    }
    // short_p = (short *)malloc(sizeof(short));
    MALLOC(short)
    if ( short_p == NULL) 
    {
        printf("s_p malloc memory failed!\n");
        // 如果失败需要先将i_p指向的堆区空间释放     
        goto ERR2;
    }
    // char_p = (char *)malloc(sizeof(char));
    MALLOC(char)
    if ( char_p == NULL) 
    {
        printf("c_p malloc memory failed!\n");
        // 如果失败需要先将i_p和s_p指向的堆区空间释放
        goto ERR3;
    }
    // 如果都分配成功，不使用时手动释放，
    // 如果不手动释放，当进行结束之后，系统也会进行回收。
    free(char_p);
    free(short_p);
    free(int_p); 
    return 0;
ERR3:
    free(short_p);
ERR2:
    free(int_p);
ERR1:
    return -1;
}

5 memset()

#include <string.h>
void *memset(void *s, int c, size_t n);

功能：将s的内存区域的前n个字节以参数c填入

参数：

​ s：需要操作内存s的首地址

​ c：填充的字符，c虽然参数为int，但必须是unsigned char , 范围为0~255

​ n：指定需要设置的大小

返回值：s的首地址

6 memcpy()

#include <string.h>
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);

功能：拷贝src所指的内存内容的前n个字节到dest所值的内存地址上。

参数：

​ dest：目的内存首地址

​ src：源内存首地址，注意：dest和src所指的内存空间不可重叠，可能会导致程序报错

​ n：需要拷贝的字节数

返回值：dest的首地址

7 memcmp()

#include <string.h>
int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n);

功能：比较s1和s2所指向内存区域的前n个字节

参数：

​ s1：内存首地址1

​ s2：内存首地址2

​ n：需比较的前n个字节

返回值：

​ 相等：=0

​ 大于：>0

​ 小于：<0

到此这篇关于C语言动态内存分配和内存操作函数使用详解的文章就介绍到这了,更多相关C语言动态内存分配内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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