一、前言

不知道大家在學(xué)習(xí)C語言動態(tài)分配內(nèi)存的時候有沒有過這樣的疑問，既然系統(tǒng)可以自動幫我們分配內(nèi)存，為什么還需要我們程序員自己去分配內(nèi)存呢？

如果想要弄清楚這些問題，我們首先就要了解靜態(tài)內(nèi)存和動態(tài)內(nèi)存有什么區(qū)別，只有了解了他們兩個的區(qū)別我們才能弄懂（理解）為什么需要動態(tài)分配內(nèi)存！

今天的文章會用到以下知識點，大家可以作為了解內(nèi)容去學(xué)習(xí)：靜態(tài)內(nèi)存、動態(tài)內(nèi)存、堆、棧、全局變量、指針等；

二、基礎(chǔ)知識

既然要學(xué)習(xí)內(nèi)存的相關(guān)知識，那我們就先從計算機的內(nèi)存開始本篇的講解吧！在計算機內(nèi)存一共可以分為五個區(qū)域，其中有個區(qū)域是用來存儲代碼的，我們就不再進行討論了。我們首先對這四個區(qū)域進行一個簡單的了解，方便我們后面對于內(nèi)存分配的理解。

我們首先看一張內(nèi)存的組成圖：

從上面的圖我們可以看出內(nèi)存區(qū)域大概可以分為五個部分：堆、棧、全局/靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)、文字常量區(qū)。下面我們對這幾個名詞進行一下簡單的講解，心里先有個概念。

棧： 棧又叫堆棧，該區(qū)域是由編譯器自動分配自動回收的變量的存儲區(qū)。通常是用來存儲局部變量的值、函數(shù)參數(shù)值等，是向下增長的。所謂向下生長的就是，先調(diào)用的棧幀的地址比后調(diào)用的地址大，棧一般大小有幾個M左右。

堆： 就是那些由程序員通過malloc函數(shù)申請到的內(nèi)存塊，一般我們申請的內(nèi)存空間系統(tǒng)是不會幫我們釋放的（當(dāng)然有些也會由系統(tǒng)釋放掉），由我們的應(yīng)用程序去控制，一般一個malloc就要對應(yīng)一個delete/free，由程序員主動釋放。

全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))： 全局變量和靜態(tài)變量都存儲在這塊區(qū)域，與其余變量的明顯區(qū)別就是生命周期不一樣，在程序結(jié)束時，系統(tǒng)會釋放掉。

文字常量區(qū) ： 這個區(qū)域主要用來儲存一些我們定義的常量，例如下面的定義就會被存儲在文字常量區(qū)：char* p = "hello word!";。該部分也是由系統(tǒng)控制，程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放掉。

代碼區(qū)： 該區(qū)域主要用來存放程序代碼，程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

通過上面的基本概念我們已經(jīng)知道了內(nèi)存中的幾個區(qū)域，以及哪些區(qū)域是我們程序員可以手動釋放的，哪些區(qū)域是由系統(tǒng)為我們自動釋放的。

我們今天主要需要用到的是堆和棧，因為我們今天要討論的動態(tài)內(nèi)存和靜態(tài)內(nèi)存和堆棧是密切相關(guān)的。動態(tài)內(nèi)存是指在堆上分配的內(nèi)存，而靜態(tài)內(nèi)存是指在棧上分配的內(nèi)存。 這里也給大家貼出一張網(wǎng)上的圖片，便于大家理解上面的知識。

在這里插入圖片描述

了解完堆棧之后我們還有個知識需要了解就是指針，由于我對于指針的理解還不是特別透徹，所以有哪些說的不對的地方大家可以在評論區(qū)指出來，我會即時進行修改。

明明我們今天要討論的是動態(tài)內(nèi)存和靜態(tài)內(nèi)存，為什么要了解指針呢？如果你有這樣的疑問說明你對于內(nèi)存或者指針的理解還不是特別到位。指針和內(nèi)存的聯(lián)系非常緊密，沒有內(nèi)存指針也將失去意義，我們對指針進行的操作實際上就是在間接的操作內(nèi)存。但是大家需要注意指針也是有類型的，他的數(shù)據(jù)類型取決于它所指向的內(nèi)存空間的數(shù)據(jù)類型。關(guān)于指針和內(nèi)存的關(guān)系我們后面會進行詳細的講解。

三、為什么要使用動態(tài)內(nèi)存

有了上面基礎(chǔ)知識的加持，我們現(xiàn)在就可以回歸我們今天的主題來討論為什么我們需要動態(tài)內(nèi)存了！我這里先說一下我的理解，我對這個問題的答案總結(jié)出以下幾點，當(dāng)然這絕不是全部的原因，鄙人也是能力有限，只能理解到這種程度，更多的理解歡迎大家在評論區(qū)進行討論！

節(jié)省資源：用多少申請多少，不需要了及時進行釋放，這樣可以避免資源的浪費。

方便儲存大型對象：大家需要注意棧區(qū)不是無限大的，對于大型項目如果說有的變量都儲存在棧區(qū)，很可能會造成棧區(qū)內(nèi)存不夠用。

方便對象的調(diào)用 ：對于較大的對象我們使用動態(tài)內(nèi)存存儲時我們只需要通過指針將變量首地址傳遞出去即可，而不用將整個對象都進行傳遞。

對于上面說的三點我可以給大家舉個簡單的例子，方便大家理解：

對于第一點大家應(yīng)該很好理解，我用多少就申請多少，節(jié)省資源，但是后面兩點可能就不是很好理解了，這里給大家舉個簡單的例子：

你是一個開超市的，棧區(qū)就相當(dāng)于你的超市，但是你會發(fā)現(xiàn)如果你如果把商品都放到超市，可能你的超市會裝不下那么多貨物。于是倉庫就出現(xiàn)了，堆區(qū)就相當(dāng)于你的倉庫。這些倉庫和你的超市是分離的，如果你發(fā)現(xiàn)你進了一些商品，這些商品短時間內(nèi)也不會被完全賣出去，那你就可以把這些貨物放到你的倉庫里，而你只需要記住你倉庫的地址即可。

這樣就可以保證你的超市不會因為堆積太多商品而顯得擁擠，如果有人要買這些商品，你可以把倉庫地址告訴他，他就會直接去你倉庫拿貨。

聽過這個故事你可能更迷糊了，我下面給你梳理一下，相信你會豁然開朗！

動態(tài)申請空間，能動態(tài)確定對象所需要的內(nèi)存。

我需要多大的空間，就用多大的倉庫存放該商品。

對于大型對象的存儲，棧區(qū)容不下。

我有大量的商品，都放超市太占地方。可以放倉庫中，記住倉庫地址就行。

傳遞指針比傳遞整個對象更高效。

別人要買該商品，告訴別人我倉庫地址，不用把整個倉庫搬過去。

（感覺這個故事我還是沒有講好，表達能力欠佳）

知道了動態(tài)分配內(nèi)存的好處后我們就可以更好的理解我們?yōu)槭裁匆褂脛討B(tài)分配內(nèi)存以及何時應(yīng)該使用動態(tài)分配了，所以如果你進了幾包方便面（建了個很小的對象）那你就沒必要把方便面放到倉庫了，直接放到超市貨架上就可以了。

如果你超市比較?。ùa量比較小）那你也沒必要把東西放到倉庫了，直接放到柜臺上就可以了。所以很多問出為什么要使用動態(tài)分配內(nèi)存的主要原因是因為他現(xiàn)在還沒接觸過大型項目，或者特別大的對象，如果你做過底層驅(qū)動開發(fā)或者上位機開發(fā)的話相信你對于動態(tài)申請內(nèi)存并不會陌生的。

四、什么時候需要動態(tài)分配內(nèi)存

通過上面的故事我們大概也已經(jīng)知道什么時候我們需要使用動態(tài)分配內(nèi)存了，這里再簡單的給大家做一個總結(jié)。

1、當(dāng)你的代碼量很大，需要用到很大的數(shù)據(jù)塊來存儲對象時。2、當(dāng)你的程序中用到大數(shù)組時，你就需要用動態(tài)分配內(nèi)存。3、需要數(shù)組長度根據(jù)程序進行變化。4、想讓一個變量儲存的內(nèi)容不會因為函數(shù)的結(jié)束而被收回（有點像全局變量）

這里就不得不來討論一下“傳統(tǒng)數(shù)組”的缺點了，傳統(tǒng)數(shù)組”就是前面所使用的數(shù)組，與動態(tài)內(nèi)存分配相比，傳統(tǒng)數(shù)組主要有以下幾個缺點：

數(shù)組的長度必須事先指定，而且只能是常量，不能是變量。比如像下面這么寫就是對的：

?

int?a[5];
而像下面這么寫就是錯的：
int?length?=?5;
int?a[length];??//錯誤

?

因為數(shù)組長度只能是常量，所以它的長度不能在函數(shù)運行的過程當(dāng)中動態(tài)地擴充和縮小。

對于數(shù)組所占內(nèi)存空間程序員無法手動編程釋放，只能在函數(shù)運行結(jié)束后由系統(tǒng)自動釋放，所以在一個函數(shù)中定義的數(shù)組只能在該函數(shù)運行期間被其他函數(shù)使用。

而動態(tài)內(nèi)存就不存在這個問題，因為動態(tài)內(nèi)存是由程序員手動編程釋的，所以想什么時候釋放就什么時候釋放。只要程序員不手動編程釋放，就算函數(shù)運行結(jié)束，動態(tài)分配的內(nèi)存空間也不會被釋放，其他函數(shù)仍可繼續(xù)使用它。除非是整個程序運行結(jié)束，這時系統(tǒng)為該程序分配的所有內(nèi)存空間都會被釋放。

所謂“傳統(tǒng)數(shù)組”的問題，實際上就是靜態(tài)內(nèi)存的問題。我們講傳統(tǒng)數(shù)組的缺陷實際上就是以傳統(tǒng)數(shù)組為例講靜態(tài)內(nèi)存的缺陷。本質(zhì)上講的是以前所有的內(nèi)存分配的缺陷。正因為它有這么多缺陷，所以動態(tài)內(nèi)存就變得很重要。動態(tài)數(shù)組能很好地解決傳統(tǒng)數(shù)組的這幾個缺陷。

五、如何動態(tài)分配內(nèi)存

知道了我們?yōu)槭裁匆獎討B(tài)分配內(nèi)存之后我們一起來學(xué)習(xí)以下C語言中如何進行動態(tài)分配內(nèi)存。在C語言中動態(tài)分配內(nèi)存使用的是函數(shù)malloc進行分配的。

malloc 是一個系統(tǒng)函數(shù)，它是 memory allocate 的縮寫。其中memory是內(nèi)存的意思，allocate是分配的意思。顧名思義 malloc 函數(shù)的功能就是分配內(nèi)存。要調(diào)用它必須要包含頭文件，它的原型為：

?

#?include?
void?*malloc(unsigned?long?size);

?

由上面的函數(shù)原型我們可以看出malloc 函數(shù)只需要一個形參，并且該形參是整形的。函數(shù)返回值為一個指向所分配的連續(xù)空間的首地址的指針。當(dāng)函數(shù)未能成功分配存儲空間時（如內(nèi)存不足）則返回一個NULL指針。所以malloc 函數(shù)的返回值為一個指針。

由于堆區(qū)內(nèi)存也是有限的，不能無限制地分配下去，所以秉持著盡量節(jié)省資源，我們應(yīng)該在分配的內(nèi)存區(qū)域不用時，及時釋放它，以便其他的變量或程序使用。

釋放malloc 函數(shù)分配內(nèi)存的函數(shù)是free函數(shù)，free函數(shù)和malloc 總是成對出現(xiàn)的。free函數(shù)的原型如下所示：

?

#?include?
void?free(void?*p);

?

由上面的函數(shù)原型可以看出free函數(shù)需要一個形參，且形參的類型是一個指針。free 函數(shù)無返回值，它的功能是釋放指針變量 p 所指向的內(nèi)存單元。此時 p 所指向的那塊內(nèi)存單元將會被釋放并還給操作系統(tǒng)，不再歸它使用。操作系統(tǒng)可以重新將它分配給其他變量使用。

知道了申請和釋放要用到哪些函數(shù)后我們來一起看一下我們該如何使用這些函數(shù)來申請和釋放內(nèi)存。

我們這里直接貼出malloc 函數(shù)動態(tài)分配內(nèi)存的使用語句：

?

int?*p?=?(int?*)malloc(4);

?

它的意思是：請求系統(tǒng)分配 4 字節(jié)的內(nèi)存空間，并返回第一字節(jié)的地址，然后賦給指針變量 p。當(dāng)用 malloc 分配動態(tài)內(nèi)存之后，上面這個指針變量 p 就被初始化了。

需要注意的是，函數(shù) malloc 的返回值類型為 void* 型，而指針變量 p 的類型是 int* 型，即兩個類型不一樣，那么可以相互賦值嗎？

答案是可以的，原因如下：上面語句是將 void* 型被強制類型轉(zhuǎn)換 成 int*型，但事實上可以不用轉(zhuǎn)換。C 語言中，void* 型可以不經(jīng)轉(zhuǎn)換（系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換）地直接賦給任何類型的指針變量（函數(shù)指針變量除外）。

所以int*p = (int*)malloc(4);就可以寫成 int*p=malloc(4);。此句執(zhí)行完之后指針變量 p 就指向動態(tài)分配內(nèi)存的首地址了。

我們知道如何申請一塊內(nèi)存了，也知道何時需要申請內(nèi)存了，下面我們就來學(xué)習(xí)一下free函數(shù)的使用。

六、如何將動態(tài)分配內(nèi)存free掉

在講解之前有一點需要提醒一下大家，free函數(shù)只能釋放堆區(qū)的空間，其他區(qū)域的空間無法使用free函數(shù)的。

下面給大家貼出一段動態(tài)申請內(nèi)存的程序，來給大家講解一下free的使用。

?

#?include?
#?include?
int?main(void)
{
????int?*p?=?malloc(sizeof*p);
????*p?=?10;
????printf("p?=?%p
",?p);
????free(p);
????printf("p?=?%p
",?p);
????return?0;
}

?

輸出結(jié)果是：

?

p?=?002C2ED0
p?=?002C2ED0

?

上面的代碼和結(jié)果可以看到釋放前后，p 所指向的內(nèi)存空間是一樣的。所以釋放后 p 所指向的仍然是那塊內(nèi)存空間。

既然指向的仍然是那塊內(nèi)存空間，那么就仍然可以往里面寫數(shù)據(jù)?？墒轻尫藕笤搩?nèi)存空間已經(jīng)不屬于它了，該內(nèi)存空間可能會被分配給其他變量使用。如果其他變量在里面存放了值，而你現(xiàn)在用 p 往里面寫入數(shù)據(jù)就會把那個值給覆蓋，這樣就會造成其他程序錯誤，所以當(dāng)指針變量被釋放后，要立刻把它的指向改為 NULL。

那么，當(dāng)指針變量被釋放后，它所指向的內(nèi)存空間中的數(shù)據(jù)會怎樣呢？free 的標準行為只是表示這塊內(nèi)存可以被再分配，至于它里面的數(shù)據(jù)是否被清空并沒有強制要求。

七、結(jié)語

對于動態(tài)分配內(nèi)存今天就給大家介紹到這里，自己水平也是有限，文中可能存在表述不正確的地方，希望大家發(fā)現(xiàn)后及時在評論區(qū)指出，我會及時給大家修改。

　　審核編輯：湯梓紅