动态内存管理（2） - 详解
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前言
动态内存管理的两篇文章讲解为什么要有动态内存分配、malloc和free、calloc和realloc、常⻅的动态内存的错误、动态内存经典笔试题分析、柔性数组知识的相关内容，常⻅的动态内存的错误、动态内存经典笔试题分析、柔性数组知识为本章节知识的内容，动态内存管理知识也将讲解完成。
一、常⻅的动态内存的错误
介绍：
在C语言动态内存管理中，错误的使用方式可能导致程序崩溃、数据损坏甚至安全漏洞。以下常见动态内存错误的解析及示例说明：
1.对NULL指针的解引⽤操作
对NULL指针的解引用操作是C/C++中最常见的错误之一，可能导致程序崩溃或不可预期的行为，接下来先讲解对NULL指针的解引⽤操作的知识：
什么是NULL指针？（讲一下）
- 定义：
NULL是一个宏常量（通常定义为(void*)0），表示指针不指向任何有效的内存地址。- 作用：用于初始化指针或标记指针“未使用”状态。
解引用NULL指针的风险
- 程序崩溃：直接访问地址
0（或无效地址）会触发操作系统的内存访问错误。- 未定义行为：即使程序未立即崩溃，也可能出现数据损坏、逻辑错误或安全漏洞（如缓冲区溢出）。
代码例：
void test()
{
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}如何避免解引用NULL指针？
- 指针使用前检查：
int* p = NULL; if (p != NULL) { // 解引用前必须判断 *p = 10; // 安全操作 }- 初始化指针：始终为指针分配有效内存后再使用（如
int* p = malloc(sizeof(int));）。1.即使逻辑上不可能为NULL，也建议检查一下。
2.注意：警告往往预示着潜在崩溃风险。
2.对动态开辟空间的越界访问
动态内存越界访问是指程序访问了超出动态分配内存范围的空间，是C语言中危险的错误。
越界访问的原因
- 数组下标越界
- 对
malloc/calloc分配的数组（如int *p = malloc(5*sizeof(int))），访问p[5]或p[-1]等超出[0, 4]范围的下标。- 指针偏移错误
- 通过指针运算（如
p++）移动指针时，超出分配内存的起始/结束地址。- 字符串操作不当
- 使用
strcpy/strcat等函数时，目标字符串空间不足，导致写入越界。
越界访问的危害：
- 数据损坏：修改相邻内存区域的数据，导致程序逻辑错误。
- 程序崩溃：访问未分配的内存区域，触发错误。
代码例：
#include
#include
int main() {
int *p = malloc(3 * sizeof(int)); // 分配3个int（12字节，假设int=4字节）
p[3] = 100; // 越界访问：合法范围是p[0]~p[2]
free(p);
return 0;
}解释：
- 问题：
p[3]超出分配的内存空间，可能覆盖其他变量。- 后果：后续
free(p)可能崩溃。
如何避免越界访问？
- 明确内存大小：动态分配时记录内存块大小（如
int size = 5; int *p = malloc(size * sizeof(int))），访问时严格检查下标是否在[0, size-1]内。- 使用安全函数：
- 字符串操作：
strncpy(dest, src, n)（限制复制长度）。- 内存复制：
memcpy(dest, src, n)（确保n不超过目标缓冲区大小）。
3.对⾮动态开辟内存使⽤free释放
在C语言中，free函数的作用是释放动态分配的内存（malloc/calloc/realloc的返回值）。若对非动态内存使用free，会导致严重的未定义行为，接下来，将讲解这方面知识。
注意;
以下内存不可用
free释放：
- 栈内存：函数内局部变量（如
int a = 10;）、函数参数。- 全局/静态内存：全局变量（如
int g_var;）、static变量（如static int s_var;）。- 常量内存：字符串常量（如
char *str = "hello";中的"hello"）。
错误例;
#include
#include
int main() {
int a = 10;
free(&a); // 错误：&a是栈内存地址
return 0;
}#include
#include
int g; // 全局变量（静态存储区）
int main() {
free(&g); // 错误：全局内存无需手动释放
return 0;
}#include
#include
int main() {
char *str = "hello"; // "hello"存储在常量区
free(str); // 错误：常量内存不可修改/释放
return 0;
}如何避免此类错误？
明确内存来源：
- 仅对
malloc/calloc/realloc返回的指针使用free，且只释放一次。- 局部变量、全局变量、字符串常量等无需手动释放。
指针初始化与标记：
动态内存指针使用后及时free并置为NULL（如free(p); p = NULL;），避免二次释放或野指针。
4.使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分
先说结论：C语言的内存释放是整体释放，是从头开始释放，不可以在中间位置释放空间，即free函数只能释放整块动态内存（即malloc/calloc/realloc返回的完整内存块），禁止释放内存块的一部分（如指针偏移后的地址）。这种操作会直接导致未定义行为，是严重的内存错误。
这是常发错误：
例：
#include
#include
#include
int main() {
char *p = malloc(100); // 动态分配100字节
if (p == NULL) return 1;
char *q = p + 50; // 指针偏移，指向内存块的中间位置
free(q); // 错误：释放内存块的一部分（从第50字节开始）
return 0;
}本质原因
动态内存分配时，系统会在内存块头部维护数据（如块大小、是否空闲、前后块指针等），用于内存管理。
free函数需要通过指针找到元数据才能正确释放整块内存。若指针指向内存块中间（非起始地址），free将无法识别数据。
如何避免此类错误？
- 跟踪动态内存指针：始终保存
malloc返回的原始指针，避免对其进行偏移或修改。- 禁止对指针进行算术运算后释放：如
free(p + n)、free(&p[i])均为错误操作，如果要操作，可以通过中间变量来实现。
5.对同⼀块动态内存多次释放
重复释放是错误行为，即对同一块动态内存调用多次free 是严重的内存错误，会直接导致未定义行为，释放空间free一次即可，如果多次释放同一内存，会导致程序崩溃。
#include
#include
int main() {
int *p = malloc(4); // 分配4字节内存
free(p); // 第一次释放（正确）
free(p); // 第二次释放（错误：重复释放）
return 0;
}如何规避重复释放？
释放后立即置空指针，将指针设为NULL，后续再次free(NULL)会被系统忽略（安全操作）。
即:
#include
#include
int main()
{
int *p = malloc(4); // 分配4字节内存
free(p); // 第一次释放（正确）
p=NULL;
free(p);
return 0;
}解：
第二次释放前已经将指针
p显式置为NULL，而 C 语言标准规定：free(NULL)是一个空操作，不会对内存造成任何影响。代码分析
- 第一次释放：
free(p)释放了p指向的动态内存块，此时p成为野指针（指向已释放内存）。- 指针置空：
p = NULL将指针标记为“空指针”，避免其成为“野指针”（指向无效内存的指针）。- 第二次释放：
free(p)等价于free(NULL)，这是安全的，系统会忽略该操作，不会引发任何错误。
二、柔性数组知识
也许你从来没有听说过柔性数组这个概念，但是它确实是存在的，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：
struct A
{
int i;
int a[];
};这样实现：
特点讲解：
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。
#include
struct A
{
int i;
int a[];
};
int main()
{
printf("%d",sizeof(struct A));
}
为柔性数组创建空间：
#include
#include
struct A
{
int i;
int a[];
};
int main()
{
struct A* h=(struct A*)malloc(sizeof(struct A)+sizeof(int)*10);
//注意：一次性分配结构体 + 柔性数组内存（共 sizeof(struct A) + 10个int）
h->i=1;
free(h);
h=NULL;
}
- 柔性数组的内存与结构体连续，无需单独为
a[0]分配内存。- 分配时需计算总大小：
sizeof(struct A)（结构体本身） +sizeof(int)*10（10个int元素）。- 只需释放结构体指针
h，柔性数组内存会随结构体一起释放，无需单独释放a[0]。
总结
以上就是今天要讲的内容，动态内存管理的两篇文章讲解了为什么要有动态内存分配、malloc和free、calloc和realloc、常⻅的动态内存的错误、动态内存经典笔试题分析、柔性数组知识的相关内容，希望大家能喜欢我的文章，谢谢各位。
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