emWin 动态内存 动态内存扩展是什么

动态内存开辟和扩容

• 动态内存介绍
• malloc
• calloc
• realloc
• 动态内存常见错误
• 动态内存面试题
• 柔性数组

动态内存介绍

在C语言中，要想开辟一块空间，比如说数组，变量，但是不论是数组还是变量，在制定数据类型并定义好后，都不能改变大小。

在定义好变量和数组之后，变量和数组的大小是不能被改变的。

假如我们开辟了40个字节的数字，当数组被数据放满后再想添加数据怎么办呢？在C语言中有一个概念叫做动态内存，我们知道数组名代表的就是数组的地址，数组就是在内存中开辟一块连续的空间，而动态内存就是在内存中开辟一块空间，然后把这块空间的地址返回给一个指针接收，当这块动态内存不够用时，我们可以对它进行扩容，可以理解成可以变长的数组。

malloc

malloc的定义：

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。

如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。

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。

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。

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。

开辟好内存的首地址 malloc(要开辟的字节个数)

如果开辟成功返回内存的首地址，开辟失败返回NULL

这里返回的是void*的指针，接收地址需要进行强制类型转换

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
	//malloc
	//开辟一个20个字节的空间
	int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));//这里需要将malloc的返回值强制转换成int类型
										//使用说明类型的变量接收返回值，就强制转换成什么类型
	
	//判断是否位空指针
	if(p == NULL)
	{
		perror(""malloc);
		return 1;
	}
	//在这块空间中存入数据
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		p[i] = i;
	}

	//打印输出
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ",p[i]);
	}

	//释放动态内存
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

free：
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。
如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。
动态内存和数组的释放：
数组在程序结束后，会自动销毁，然后把内存返回给操作系统，而使用动态内存开辟的空间是需要free函数来手动释放的，在释放完动态内存后，而指针p却还存着之前开辟空间的地址，而之前的空间已经被释放，这个时候p就成为了野指针，所以需要将p置为空。
而不论是malloc，calloc还是realloc，都需要和free配对，也就是说只要使用了动态内存，就要使用free，不然就会造成内存泄漏。

错误示范：

int arr[10];
arr = (int*)malloc(20);

这样的代码是贬义不过去的，虽然arr代表的数组的地址，而malloc的返回值也是一个地址，但是，arr在创建好之后，地址是不能被改变的，而由malloc开辟的动态内存地址在后期是可以改变的。

calloc

calloc的定义：

开辟好内存的首地址 calloc(要开辟多少个元素，元素的大小)

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

malloc和calloc在使用上是很相似的，区别就是malloc只能制定开辟多少个字节，calloc可以制定开辟多少个元素，并且初始化成0.

realloc

realloc的定义：
开辟好内存的首地址 calloc(地址，扩容后的大小)
ptr 是要调整的内存地址
size 调整之后新大小
返回值为调整之后的内存起始位置。
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的作用：

在使用malloc或者calloc后，想要扩容内存，这个时候就要用到realloc

我们来调试看一下是否像上图说的那样开辟成功：

首先看到开辟好以后，里面是随机值：

开辟好的地址：

然后赋值：

扩容空间，后5位变成随机值：

再次赋值：

扩容完成后的地址：

扩容后返回的地址分两种情况：

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

我们俩画图演示一下：

情况1：

开辟好之后返回内存1原有的地址情况2：

注意：内存和内存中间是有额外空间的，并不是挨着的

我们在vs上示范一下：

使用malloc开辟好的空间地址是：80 3a fa 64

在使用realloc扩容10000个字节后，原有空间后面的内存看到是不够的，这个时候会找一块新的大小合适空间拷贝过去，然后返回这个块空间的地址：

此时返回的地址变成了：10 e8 fa 64

动态内存常见错误

1，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);
}

2，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);
}

}

3，对非动态开辟内存使用free释放

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);//ok?
}

4，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
}

5，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
}

6，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();
 while(1);
 }

动态内存面试题

1,请问运行Test 函数会有什么样的结果?

void GetMemory(char *p)
{
 p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str);
 strcpy(str, "hello world");
 printf(str);
}

首先我们创建了一个 char类型的指针，赋为NULL,然后调用GetMemory函数，函数内部用一个指针接收，然后开辟一块100字节的动态内存，将地址存入p，这个时候在使用strcpy拷贝字符串到str中，注意这里的p是一个单独的指针，str传过去只是把NULL赋给了p，所以str里面还是NULL,而且在函数内部开辟的动态内存并没有被释放。

2,请问运行Test 函数会有什么样的结果？

char *GetMemory(void)
{
 char p[] = "hello world";
 return p;
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory();
 printf(str);
}

在函数内部创建了一个数组，并且赋值，然后返回数组的地址，注意：函数在使用结束后，里面所创建的变量和数组都会被销毁，这个时候把p的地址传给str，str就成为了野指针。

3,请问运行Test 函数会有什么样的结果？

void GetMemory(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(&str, 100);
 strcpy(str, "hello");
 printf(str);
 }

这里将str的地址传给一个二级指针来接收，二级指针解引用，就是str，将开辟好的100个字节的动态内存地址返回给str，然后再拷贝字符串。
但是没有释放动态内存。

4,请问运行Test 函数会有什么样的结果？

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

这里将开辟的动态内释放后，但是str依旧存着之前的地址，这个时候str就成了野指针，再对它进行赋值，就会造成越界访问

柔性数组

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。

struct S
{
	int a;
	int b[];
};

在结构体中，最后一个数组可以不设置长度，或者将大小设置位0，这就叫做柔性数组。柔性数组不能单独放在结构体中，前面必须有其他变量或者数组。

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。

在使用sizeof对带有柔性数组的结构体计算大小的时候，柔性数组是不参与的，只会计算柔性数组之前的变量大小。

柔性数组的使用：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

struct S
{
	int a;
	int b[];//柔性数组
};

int main()
{
	//使用一个struct s的指针来接收
	//先计算出柔性数组之前变量的大小
	//再加上柔性数组的大小
	struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int) * 10);
	return 0;
}

柔性数组扩容：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

struct S
{
	int a;
	int b[];//柔性数组
};

int main()
{
	//使用一个struct s的指针来接收
	//先计算出柔性数组之前变量的大小
	//再加上柔性数组的大小
	struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int) * 10);
	
	//使用realloc对柔性数组进行扩容
	//还是先计算出柔性数组之前变量的大小
	//再对柔性数组进行扩容
	p = (struct S*)realloc(p, sizeof(struct S) + sizeof(int) * 20);

	return 0;
}

柔性数组的其他用法：
既然柔性数组是可以扩容的，那我们可以将柔性数组改成一个指针，再用这个指针进行malloc开辟动态内存，在使用realloc扩容：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

struct S
{
	int a;
	int* b;//柔性数组
};

int main()
{
	//先开辟好柔性数组之前的变量空间
	struct S* p = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));

	//再对柔性数组进行开辟
	p = (struct S*)malloc(sizeof(int) * 10);

	//之间对柔性数组扩容，不用管之前的变量空间
	p->b = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 20);
	return 0;
}

以上就是动态内存的详解，如有错误，欢迎指正