我知道的只是  “ 肉随便加  ”和  “ 要加多少加多少  ”　这些词。    ———— 路飞 

阶段2目标：

此阶段开始大量刷题，多多参加编程类竞赛，在实战中锻炼编程思维和本领，并且要在不断复习夯实初阶的基础上，刻意地进行编程思维的训练。学无止境！为了精进编程，可以去学习一切为他服务的课程！

目录

本章重点：

一、为什么存在动态内存分配？

二、动态内存函数的介绍

1.malloc函数

2.free函数

3.calloc函数

 malloc与calloc的异同：

4.realloc函数   （为了更合理的时候内存）

 三、常见动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

2.对动态开辟空间的越界访问

3.对非动态开辟内存使用free释放

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

5.对同一块动态内存多次释放

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

切记： 动态开辟的空间一定要释放，并且正确释放

应用：动态通讯录（优化版）

四、经典面试题目

题目1

小知识点

题目2

延伸题目，深入理解

题3

总结：题1题2题3，都属于一类题目，返回栈空间地址的问题。注意栈空间地址不要轻易返回，因为栈出了范围会销毁。

注意：销毁的意思只是指   该栈空间的使用权限还给了操作系统，这块空间仍然存在！！

五、C/C++程序的内存开辟

六、柔性数组

1.什么是柔性数组

2.柔性数组的特点

3.柔性数组的使用

4.柔性数组的优势

总结：相比较而言，用柔性数组优势更多！

本章重点：

1.为什么存在动态内存分配

2.动态内存函数的介绍

• malloc
• free
• calloc
• realloc

3.常见的动态内存错误

4.几个经典的笔试题

5.柔性数组

一、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。 这时候就只能用动态内存开辟了。

二、动态内存函数的介绍

我们所知道，我们在堆区实现动态内存分配，利用malloc   、   calloc  、   realloc   、  free函数去进行相应的动态分配操作。如图：

1.malloc函数

 C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void*   malloc(  size_t size   );

这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

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。

解释：

1.malloc函数的确官方定义是void* 指针，即：万能型指针。但是我们使用者在使用malloc的时候，需要用具体的类型，来接收，比如：int*  、char* 

这样写，在解引用取空间中的值得时候，才不会报错；而如果是void* 去接收，解引用时就会有错误，因为编译器面对void*  该万能型指针，并不清楚去解引用几个字节。

即：在接收时，需要用具体的数据类型来接收malloc的空间。

”错误“  代码：

int main()

	//int arr[10] =  0 ;

	void* p = malloc(40);

	return 0;

 正确代码：

int* p = (int*)malloc(40);

2.如果开辟失败，则返回一个NULL指针，即：malloc的返回值一定要做检查。

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()

	//int arr[10] =  0 ;

	//申请空间
	int* p = (int*)malloc(40);//开辟了40个字节空间，即：10个int类型空间

	//判断是否 申请失败
	if (p == NULL)
	
		printf("申请失败！");
		return -1;
	

	//开辟成功了

	//（初始化）/(赋值)
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		*(p + i) = i;
	

	//释放空间
	free(p);

	return 0;

我们用  *( p + i ) = i;的方式来赋予空间内以初值，用free函数释放掉指针p维护的10个int类型的空间。而我们调试发现，free掉p之后，仅仅是那10个空间被释放掉了，而指针p仍旧是指向那块空间的地址，构成了一个野指针，所以以后就很危险，需要将p=NULL；让程序更安全。

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()

	//int arr[10] =  0 ;

	//申请空间
	int* p = (int*)malloc(40);//开辟了40个字节空间，即：10个int类型空间

	//判断是否 申请失败
	if (p == NULL)
	
		printf("申请失败！");
		return -1;
	

	//开辟成功了

	//（初始化）/(赋值)
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		*(p + i) = i;
	

	//释放空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;

2.free函数

C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

void  free( void *memblock );

free函数用来释放动态开辟的内存。

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。
    

解释：

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。

假如  p指针并不是malloc来的，那么对于free(p);在C语言中是未定义的，即：free也不知道该怎么办了。

总结：

除非 p 本身等于NULL，否则free以后不会等于NULL。因为free不对指针的值做任何操作，而只是试图改变指针指向的一片连续的存储器空间的状态。如果这片存储器空间是malloc或其它兼容方式（例如POSIX库函数strdup）分配过来的，那么会释放这片空间，释放的空间可以之后再次被分配。如果指针本来就等于NULL，则调用free不会有任何作用。除以上两种情况外（包括再次free已经被free过的非空指针），free的行为是未定义的，比较有可能的是free这个指针进程在某个时刻突然莫名其妙地崩溃。

3.calloc函数

C语言还提供了一个函数叫 calloc ， calloc 函数也用来动态内存分配。原型如下：

void*  calloc( size_t num ,  size_t size );

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。
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：

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()

	int* p = calloc(10, sizeof(int));

	//errno是存储错误信息
	//用strerror函数返回 错误码所对应的错误信息

	if (p == NULL)
	
		printf("%s\\n", strerror(errno));
		return -1;
	

	//开辟成功了

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		printf("%d ", *(p + i));
	

	//释放空间
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;

可能对于malloc与calloc有些疑问？什么情况下会开辟失败？？     当然，内存空间不是无限大的，如果你开辟的过多，就会开辟失败，如：

 malloc与calloc的异同：

同：都可以动态分配内存空间

异：

malloc函数仅仅是申请内存空间，并且返回起始地址，并不去初始化；而calloc函数既申请内存空间，并且返回起始地址，又去初始化每个字节为0。

总结：

在应用中，想要初始化就应用calloc，不想初始化就用malloc即可。

4.realloc函数   （为了更合理的时候内存）

（追加增容）

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的时候内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。 函数原型如下：

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

1. ptr 是要调整的内存地址。
2. size 是调整之后新大小空间。
3. 返回值为调整之后的内存起始位置。（  起初整个内存的开头  ）
4. 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。
5. realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

• 情况1：原有空间之后有足够大的空间
• 情况2：原有空间之后没有足够大的空间
   

情况1 当是情况1 的时候，要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化。

情况2 当是情况2 的时候，原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是：在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用。这样函数返回的是一个新的内存地址。

由于上述的两种情况，realloc函数的使用就要注意一些。

原有空间之后有足够大的空间

原有空间之后没有足够大的空间

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()

	//calloc，申请空间，并初始化为0
	int* p = calloc(10, sizeof(int));

	//errno是存储错误信息
	//用strerror函数返回 错误码所对应的错误信息

	if (p == NULL)
	
		printf("%s\\n", strerror(errno));
		return -1;
	

	//开辟成功了

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		*(p + i) = i;
	

	//空间不够，增加空间至 20个int
	int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (ptr != NULL)
	
		p = ptr;
	
	//以防空指针，造成越界访问，程序崩溃
	else
	
		return -1;
	
	//给新开辟的空间赋值
	for (i = 10; i < 20; i++)
	
		*(p + i) = i;
	

	//打印
	for (i = 0; i < 20; i++)
	
		printf("%d ", *(p + i));
	
	//释放空间
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;

 三、常见动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

错误写法：

	int* p = (int*)malloc(20);
	*p = 20;//直接这样写，是有风险的！！

	free(p);

 改写：

	int* p = (int*)malloc(20);
	if (p == NULL)
	
		return -1;
	

	*p = 20;

	free(p);

2.对动态开辟空间的越界访问

错误写法：

int main()

	
	int* p = (int*)malloc(200);
	if (p == NULL)
	
		return -1;
	
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 80; i++)
	
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;

改写：

int main()

	//此处的200，不是200个空间，而是200个字节，对应到int类型只是50个空间
	//而 访问的是0 ~ 80，造成了越界访问
	int* p = (int*)malloc(200);
	if (p == NULL)
	
		return -1;
	
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 50/*80*/; i++)
	
		*(p + i) = i;//当i是10的时候越界访问
	
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;

3.对非动态开辟内存使用free释放

错误代码：

int main()

	int a = 10;
	int* p = &a;
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;

该错误在于，变量a在内存的栈区，而free是释放动态内存的，即：对堆区的空间才有用，此时程序会崩溃。

4.使用free释放一块动态开辟内存的一部分

错误代码：

int main()

	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	
		return -1;
	

	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		*p++ = i;
	

	free(p);
	p = NULL;

	return 0;

错误原因：

p最后指向的不再是起始地址，而free释放就要释放全部（   free的脾气   ）。

5.对同一块动态内存多次释放

错误代码：

int main()

	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	
		return -1;
	

	//使用
	//...

	//释放
	free(p);
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;

 对于不属于自己的指针（    已经释放过了，p不再维护该动态分配的空间了   ），再次进行free(p)，程序就会崩溃；  请思考，这样写对不对呢？

	//释放
	free(p);
	p = NULL;

	free(p);
	p = NULL;

这样写，是对的，因为p已经置NULL了，而对于NULL，我们知道，free(BULL)；是没错的，只不过是没有用处的写法罢了！

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

错误代码：

//动态开辟的内存忘记释放
//在堆区申请的空间，有2种方式可以回收
//1.主动free
//2.程序结束时，操作系统会自动回收

int main()

	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	if (p == NULL)
	
		return -1;
	

	//使用
	//...

	//忘记释放了

	return 0;

错误原因：

我们在堆区开辟的内存，一直未释放，就会一直存在与堆区，造成内存被占用，对应到后端程序就是，运行变卡；这样一块内存，我们不能够对他进行使用，也没有去释放掉，就造成了 “   内存泄漏  ”。

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

应用：动态通讯录（优化版）

四、经典面试题目

题目1

#include<stdio.h>
#include<string.h>
void GetMemory(char* p)

    p = (char*)malloc(100);

void Test(void)

    char* str = NULL;
    GetMemory(str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);

int main()

    Test();
    return 0;

输出结果是什么？ ————    程序会崩溃！！！

讲解：

其实，GetMemory(str);传递的是   值  ，所以单向值传递，并没有改变str指针的指向NULL，自然而然  hello  world  拷贝不到str中。

更改代码：

将GetMemory(&str);中的str取地址，传递过去；既然str是char*类型，那么&str传递，则用char**  来接收；

在void GetMemory(char** p)中，*p解引用，则取到str指针。

free(str)；释放指针                 str = NULL;置空

#include<stdio.h>
#include<string.h>
void GetMemory(char** p)

    *p = (char*)malloc(100);

void Test(void)

    char* str = NULL;
    GetMemory(&str);
    strcpy(str, "hello world");
    printf(str);
    free(str);
    str = NULL;

int main()

    Test();
    return 0;

 当然，还有一种比较鸡肋的写法  （  价值不大  ）

#include<stdio.h>
#include<string.h>
char* GetMemory()

	char* p = (char*)malloc(100);
	return p;

void Test(void)

	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	strcpy(str, "hello world");
	printf(str);
	free(str);
	str = NULL;

int main()

	Test();
	return 0;

小知识点

	printf(p);

	char* p = "hello world";
	printf("hello world");
	printf(p);
	printf("%s", p);

这三种写法都是一样的结果：

大概你可能会疑惑第二种写法，我们拿第一个写法举例，打印的是  hello world ，是因为传进去的其实并不是常量字符串，而是字符串的首地址，即：字符h的地址，然后完成打印。

同样的，我们指针p中存储的也是常量字符串“  hello world  ” ，printf(p);自然就是存储字符串的第一个字符h的地址，进而完成字符串的打印。

题目2

#include<stdio.h>
#include<string.h>
char* GetMemory(void)

	char p[] = "hello world";
	return p;

void Test(void)

	char* str = NULL;
	str = GetMemory();
	printf(str);

int main()

	Test();
	return 0;

输出结果是 乱码....................              为什么呢？？

类似于宾馆退房

（char* GetMemory(void)中的p是局部变量！  函数调用完变量就销毁了，虽然返回了p的地址，但是后面再去访问这个地址，已经不是p去维护了，造成了非法访问空间，自然会打印出乱码。）

GetMemory函数栈帧创建完，会销毁，之后str是再找不到那块空间的了。

延伸题目，深入理解

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int* Test()

	int n = 10;
	return &n;

int main()

	int* p = Test();
	printf("%d", *p);

	return 0;

讲解：

先创建main函数的函数栈帧，继而创建Test函数的函数栈帧，其中存放变量n = 10，返回的n的地址假设为0x0012ff43，再main函数中用指针p来接收n的地址0x0012ff43；而Test函数的栈帧调用完就会销毁，通过0x0012ff43地址再去访问那块空间，自然会造成非法访问；

当然，编译器有时候并不会很强大——报错。        对于该程序，Test函数的那块函数栈帧被销毁（即：该块空间的使用权限还给了操作系统【这块空间仍然存在，只是权限还回去了】，空间的值可能被覆盖也可能没有被覆盖，具体看是否又创建了栈帧覆盖该区域），再去解引用访问那块空间，就有可能访问的是随机值。

而该程序中，是有可能打印10的。是的，结果当然依旧打印出来也是10，这是因为打印之前，并没有其他的操作来占用这块释放的Test函数的函数栈帧，所以打印出来了10；那如果我这样呢？     -------------  结果如下：

这是因为，打印了" 嘿嘿 "创建了函数栈帧，覆盖掉了Test函数的栈帧（其实他已经被销毁了）。

题3

#include<stdio.h>
#include<string.h>
void Test(void)

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

int main()

	Test();
	return 0;

其实是和上两个题目一个意思。该题中先创建main函数栈帧，然后创建了Test函数栈帧，malloc空间给str指针接收，拷贝hello进去，然后将str释放掉（注意，释放指的是该块空间的使用权限还给了操作系统），但是str仍然是指向malloc出来的那块空间的，只不过空间我们没有权限罢了；str!=NULL成立，而strcpy(str, "world")；想要将world拷贝到str中，但是str指向的空间我们并没有权限在去访问，将    world   拷贝到str属于非法访问

总结：题1题2题3，都属于一类题目，返回栈空间地址的问题。注意栈空间地址不要轻易返回，因为栈出了范围会销毁。

注意：销毁的意思只是指   该栈空间的使用权限还给了操作系统，这块空间仍然存在！！

五、C/C++程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域：

1. 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2. 堆区（heap）：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS （操作系统 operating  system ）回收 。分配方式类似于链表。
3. 数据段（静态区）（static）：存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码，常量字符串。

有了这幅图，我们就可以更好的理解在《C语言初识》中讲的static关键字修饰局部变量的例子了：

实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序结束才销毁所以生命周期变长。

六、柔性数组

1.什么是柔性数组

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：

struct st_type

	int i;
	int a[0];//柔性数组成员
;

有些编译器会报错无法编译可以改成：

struct st_type

	int i;
	int a[];//柔性数组成员
;

2.柔性数组的特点

1. 结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。
2. sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
3. 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。
    

解释：
1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。

错误写法：

struct st_type

	int a[];
;

正确写法：

struct st_type

	int i;
	int a[];//柔性数组成员
;

2.sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。

struct st_type

	int i;
	int a[0];//柔性数组成员
;
printf("%d\\n", sizeof(st_type));
//输出的是4，
//因为sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存
//所以，仅有i的4字节大小

3.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。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
struct st_type

	int n;
	int a[0];//柔性数组成员
    //int a[];//一个意思，不同写法而已，与a[?]无关
;
int main()

	//包含柔性数组成员的结构体的使用，要配了malloc这样的动态内存分配的函数使用
	//struct st_type st;
	//sizeof(struct st_type)是计算结构体中，除了柔性数组之外的其他成员的字节大小
	//10 * sizeof(int)即：开辟10个int类型的空间，作为柔性数组的空间
	struct st_type* ps = (struct st_type*)malloc(sizeof(struct st_type) + 10 * sizeof(int));
	if (ps == NULL)
	
		printf("%s\\n", strerror(errno));
		return -1;
	
	//开辟成功
	ps->n = 6;//初始化
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		ps->a[i] = i;
	

	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		printf("%d ", ps->a[i]);
	

	//a数组空间不够用了，想要调整为20个空间
	struct st_type* ptr = (struct st_type*)realloc(ps,sizeof(struct st_type) + 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	
		printf("开辟空间失败！\\n");
		return -1;
	
	else
	
		ps = ptr;
	

	//使用
	//...
	//释放
	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;

3.柔性数组的使用

见   2.柔性数组的特点的第3点特点。

4.柔性数组的优势

与    2.柔性数组的特点的第3点特点，对比：

未用柔性数组实现

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
struct st_type

	int n;
	int* a;
;
int main()

	struct st_type* ps = (struct st_type*)malloc(sizeof(struct st_type));

	//开辟成功
	ps->n = 100;
	ps->a = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		ps->a[i] = i;
	

	for (i = 0; i < 10; i++)
	
		printf("%d ", ps->a[i]);
	

	//a空间不够用了，想要调整为20个空间
	int* ptr = (int*)realloc(ps->a, 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	
		printf("开辟空间失败！\\n");
		return -1;
	
	else
	
		ps->a = ptr;
	

	//使用
	//...
	//释放
	free(ptr);
	ptr = NULL;

	free(ps);
	ps = NULL;

	return 0;

 注意，释放的时候，需要两次free。先free(ptr);再free(ps)。

因为如若先free(ps)，那么等会想要再free(ptr)，即：free(ps->a)的时候，已经找不到ps—>a的地址了，自然就完不成free了。

总结：相比较而言，用柔性数组优势更多！

1.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。

2.有利于访问速度，减少内存碎片

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）

而如果是代码2，则内存碎片比较多，空间利用率低。