【C语言】动态内存管理基础知识——动态通讯录，如何实现通讯录容量的动态化

引言

动态内存管理的函数有：malloc,calloc,ralloc,free,本文讲解动态内存函数和使用，如何进行动态内存管理,实现通讯录联系人容量的动态化，对常见动态内存错误进行总结。

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引言

为什么存在动态内存分配

malloc

动态内存空间位置

内存泄漏问题

free

calloc

realloc

realloc如何开辟动态内存空间

动态版本的通讯录

常见动态内存错误

1.对NULL空指针进行解引用

2.对动态开辟空间的越界访问

3.对非动态开辟的内存使用free释放

4.使用free释放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（内存释放）

动态通讯录的实现

为什么存在动态内存分配

int main()
{
    int arr[20] = {0};//整形数组开辟20个元素，就是80个字节。
    return 0;
}

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。

如果我们开辟的空间不够，那么进行修改会比较麻烦。如果开辟的空间较大，那么所占据的空间又会很大。那么有没有一种方法可以用多少空间就开辟多大的内存呢？

这个时候就有了动态内存开辟。

malloc

动态内存函数的头文件 <stdlib.h>

void* malloc (size_t size)

申请内存块，

size

就是我们要申请的字节大小。当然，我们的内存是有限的，不是想要申请多少内存就可以申请多少内存。

返回值

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。

开创的空间放回地址是void*类型，使用的时候记得要强制类型转换。

所以我们在使用malloc函数时，要检测返回值p是否是空指针。

#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	//动态内存开辟
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)      //检测返回的p是不是空指针。
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用动态内存
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	//释放
	free(p);    //常常搭配malloc、calloc、realloc使用，后面会讲到
	p = NULL;
	return 0;
}

动态内存空间位置

动态内存函数是在堆区开辟内存空间的。我们一般的局部变量、形式参数都是存放在栈区。

内存泄漏问题

什么是内存泄漏？

我们创建的局部变量，数据会在函数结束时释放。

动态内存空间存放临时使用的数据，这些数据不必等到函数结束时释放，而是需要时随时开辟，不需要时，随时释放。动态开辟的内存使用完是要进行释放的，如果不对内存进行释放，那么开辟的动态内存就会被之前的数据占据，这部分的内存就无法使用，相当于丢失了内存。因此我们把这类问题叫做内存泄漏。

下面的代码如果吧进行释放，那么就会一直占据内存空间。

通过释放动态内存，内存可以被重新调用

最后我们加了一步，p = NULL，p的内存空间已经被释放了还给操作系统了，但是p还是原来的地址，我们通过p就会使用到一个已经释放的内存，这就会导致野指针问题。为了避免这种情况，我们将p的地址去掉就可以了。

free

void free (void* ptr)

free函数是专门用来释放动态开辟的内存。

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。

free函数只能释放动态内存开辟的空间，如果释放其他空间，就会报错。

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int a = 0;
	int* p = &a;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

calloc

void* calloc (size_t num, size_t size)

num

开辟空间元素的个数

size

空间中每个元素的大小。

函数的功能为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
calloc和malloc的区别在于calloc在放回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。

下面的例子就是解释：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	//打印
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

realloc

void* realloc (void* ptr, size_t size)

ptr

要调整的空间的起始位置。

size

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
有时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豁达了，那为了合理的内存，我们一定对内存的大小做灵活的调整。那realloc函数可以做到对动态开辟内存大小的调整。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i + 1;
	}
	//扩容
	int* ptr =  realloc(p, 80);
	if (ptr != NULL)  //这里不直接将新的地址赋给p，是因为realloc有可能开辟失败返回空指针。后面详细讲
	{
		p = ptr;
	}
	for(i=0;i<10;i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	//释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

realloc如何开辟动态内存空间

realloc在调整内存空间的是存在两种情况。

第一种情况，原空间之后有足够大的空间。当要进行调整的内存空间后面有多余的40个字节空间，那么就可以直接开辟向后面开辟40个字节的空间，然后放回起始位置的地址，这里指的是0的地址。

第二种情况，原空间之后没有足够大的空间。要调整的内存空间后面不足以存放40个字节的空间，那么就要重新找到一个新的地址（可以存放80个字节）开辟，开辟成功后返回起始位置的地址。

注意：如果需要开辟的空间过大，是会开辟失败的，开辟失败，realloc返回空指针，所以要检查空指针。

这里把realloc开辟的空间换成8000，来实现第二种情况。

动态版本的通讯录

动态：

要实现通讯录容量的动态化，要实现两个功能

1.通讯录默认能存放3个人的信息

2.如果空间不够了，就增加空间，每次增加2个人的空间

静态：

原来的通讯录的信息由结构体组成的数组，来存放信息，设置的是100人的信息。

1.当没有100人的信息时，会造成空间上的浪费。

2.当超过100人的信息时，又无法自动扩容，如果想要扩容要手动改变最大存放的空间。

原通讯录的代码：

有兴趣可以学习通讯录的实现http://t.csdnimg.cn/UbT9I

存放数据的改变

首先把存放联系人信息的结构体给大家看看

typedef struct PeoInfo
{
	char name[MAX_NAME];
	int age;
	char sex[MAX_SEX];
	char tele[MAX_TELE];
	char addr[MAX_ADDR];
}PeoInfo;

原来存放联系人的信息是通过数组data[100],这样的数组的空间是固定的，是一开始设置的最大容量。

typedef struct Contact
{
	PeoInfo data[MAX];
	int count;//记录当前通讯录中实际人数的个数
}Contact;

不以数组的形式进行存放，以数组改成地址，但是地址也可以像数组一样访问数据。data是联系人的起始地址，如果想要访问第二个人，就是*(data+1),等于data[1]。

count是当前使用了多少个联系人的空间.

capacity记录的是现在存放联系人的容量是多大。因为当每次容量不够时，就增加空间，每次增加2个人的空间。也就是每次count == capacity的时候，capacity就要加2.

typedef struct Contact
{
	PeoInfo* data;
	int count;//记录当前通讯录中实际人数的个数
	int capacity;
}Contact;

1.初始化的改变

assert函数，用来检验空指针，如果为空指针，就会报错。

参数pc，是创立的struct Contact结构体变量的地址，这里是传址调用，作用就是改变原来的数据。

原通讯录是存放100个联系人的数组，将100个联系人的数据初始化为0。

void InitContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	pc->count = 0;
	memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
}

动态通讯录要实现开辟3个联系人的空间，并将它们进行初始化。既要开辟空间，又要进行初始化，我们想到calloc函数。

malloc是单纯地开辟空间，realloc是既开辟空间，并进行初始化。malloc和realloc地区别就在于是否对开辟的空间初始化。

开辟3个联系人空间，calloc进行开辟，将地址传给pc->data.将记录联系人的容量传给capacity.

int InitContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	pc->count = 0;
	pc->data =(int*) calloc(3, sizeof(PeoInfo));
	if (pc == NULL)
	{
		printf("InitContact::%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	pc->capacity = 3;
	return 0;
}

2.增加联系人

参数pc，是创立的struct Contact结构体变量的地址，这里是传址调用，作用就是改变原来的数据。

动态内存管理，通过pc->data[count]可以进行数据的输入。最重要的是实现通讯录容量的动态化。

count表示已经使用的联系人数量，capacity表示联系人的总容量。

当count == capacity时，就要动态开辟内存，对容量进行增容。

CheckCapacity为自定义增容函数，我们要实现增容的功能。

realloc重新开辟内存块，实现内存的动态化。realloc返回的起始地址不能直接传给data，因为动态内存的开辟有可能失败，失败传回空指针。

capacity增加2，最后提示增容成功。

void CheckCapacity(Contact* pc)
{
	if (pc->count == pc->capacity);
	{
		PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + 2) * sizeof(PeoInfo));
		if (ptr == NULL)
		{
			printf("AddContact::%s\n", strerror(errno));
			return 1;
		}
		else
		{
			pc->data = ptr;
			pc->capacity += 2;
			printf("增容成功\n");
		}
	}
}
void AddContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	//增容
	CheckCapacity(pc);

	printf("请输入名字：》");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].name);
	printf("请输入年龄：》");
	scanf("%d", &(pc->data[pc->count].age));
	printf("请输入性别：>");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].sex);
	printf("请输入电话：>");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].tele);
	printf("请输入地址：>");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].addr);

	pc->count++;
	printf("增加成功\n");
}

将整体的代码呈现在文章末尾。

常见动态内存错误

1.对NULL空指针进行解引用

如果开辟的空间过大，malloc有可能开辟失败，开辟失败就会返回空指针。如果直接对p进行解引用，就会产生问题。

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	*p = 20;
	return 0;
}

正确解决方法：

在开辟动态内存后对p进行检验，是否为空指针。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
        printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	*p = 20;
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

2.对动态开辟空间的越界访问

我们只开辟了10个字节的空间，但是访问，从0到10，10算进去的话就是11个元素，这里访问越界了，就会出问题。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 10;i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

正确解决方法：

一定要注意我们开辟的空间是否和访问的空间是一样的。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10;i++)
	{
		p[i] = i;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

3.对非动态开辟的内存使用free释放

free只能够释放动态开辟的内存，不能够随意去使用函数。

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	//....

	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

4.使用free释放动态开辟内存的一部分

free做不到释放动态内存的一部分，如果要释放要将整个动态内存进行释放。

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p = NULL)
	{
		return 1;
	}

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*p = i;
		p++;
	}
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

正确解决方法：

不改变p的位置，对p进行释放。使用p的话，通过：

*(p+i) = i;

5.对同一块动态内存多次释放

free的二次使用，第二次使用的动态内存空间已经还给操作系统了，但是还能对p进行操作，就是野指针问题。

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	free(p);
	//....
	free(p);
	return 0;
}

正确解决方法：

避免free的二次使用，或者将p转化为空指针。

#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	free(p);
	p = NULL;
	free(p);
	return 0;
}

6.动态开辟内存忘记释放（内存释放）

看看下面的例子：

如果flag = 5的话，那么后面free函数就会跳过，动态开辟的内存就不能释放。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void test()
{
	int* p = (int*)malloc(100);
	int flag = 0;
	scanf("%d", &flag);
	if (flag == 5)
	{
		return;
	}
	free(p);
	p = NULL;
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

动态通讯录的实现

contact.h

头文件：用来对函数的声明

#pragma once

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>

#define DEFAULT_SZ 3
#define INC_SZ 2
#define MAX 100
#define MAX_NAME 20
#define MAX_SEX 10
#define MAX_TELE 12
#define MAX_ADDR 30

//类型的声明
typedef struct PeoInfo
{
	char name[MAX_NAME];
	int age;
	char sex[MAX_SEX];
	char tele[MAX_TELE];
	char addr[MAX_ADDR];
}PeoInfo;

typedef struct Contact
{
	PeoInfo* data;
	int count;//记录当前通讯录中实际人数的个数
	int capacity;
}Contact;

//初始化通讯录
int InitContact(Contact* pc);

//销毁通讯录
void DestroyContact(Contact* pc);

//增加联系人到通讯录
void AddContact(Contact* pc);

//打印通讯录中信息
void ShowContact(const Contact* pc);

//删除联系人的信息
void DelContact(Contact* pc);

//查找指定联系人
void SeachContact(Contact* pc);

//修改指定联系人
void ModifyContact(Contact* pc);

//排序通讯录中的内容
//按照名字来排序
void SortContact(Contact* pc);

contact.c

源文件：函数的实现和定义

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include "contact.h"

//动态版本
int InitContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	pc->count = 0;
	pc->data =(int*) calloc(DEFAULT_SZ, sizeof(PeoInfo));
	if (pc == NULL)
	{
		printf("InitContact::%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	pc->capacity = DEFAULT_SZ;
	return 0;
}

void DestroyContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	free(pc->data);
	pc->data = NULL;
}

void CheckCapacity(Contact* pc)
{
	if (pc->count == pc->capacity);
	{
		PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + INC_SZ) * sizeof(PeoInfo));
		if (ptr == NULL)
		{
			printf("AddContact::%s\n", strerror(errno));
			return 1;
		}
		else
		{
			pc->data = ptr;
			pc->capacity += INC_SZ;
			printf("增容成功\n");
		}
	}
}
void AddContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	//增容
	CheckCapacity(pc);

	printf("请输入名字：》");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].name);
	printf("请输入年龄：》");
	scanf("%d", &(pc->data[pc->count].age));
	printf("请输入性别：>");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].sex);
	printf("请输入电话：>");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].tele);
	printf("请输入地址：>");
	scanf("%s", pc->data[pc->count].addr);

	pc->count++;
	printf("增加成功\n");
}

void ShowContact(const Contact* pc)
{
	assert(pc);
	int i = 0;
	//一个汉字是两个字符
	printf("%-20s\t%-5s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", "名字", "年龄", "性别", "电话", "地址");
	for (i = 0; i < pc->count; i++)
	{
		printf("%-20s\t%-5d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", pc->data[i].name,
			pc->data[i].age,
			pc->data[i].sex,
			pc->data[i].tele,
			pc->data[i].addr);

	}
}


static int FindByName(Contact* pc, char name[])
{
	assert(pc);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < pc->count; i++)
	{
		if (0 == strcmp(pc->data[i].name, name))
		{
			return i;
		}

	}
	return -1;
}

void DelContact(Contact* pc)
{
	char name[MAX_NAME] = { 0 };
	assert(pc);
	int i = 0;
	if (pc->count == 0)
	{
		printf("通讯录为空，没有信息可以删除\n");
		return;
	}
	printf("请输入要删除人的名字：>");
	scanf("%s", name);

	//删除
	//1.查找
	int pos = FindByName(pc, name);
	if (pos == -1)
	{
		printf("要删除的人不存在\n");
		return;
	}
	//2.删除
	for (i = pos; i < pc->count; i++)
	{
		pc->data[i] = pc->data[i + 1];
	}
	pc->count--;
}

void SeachContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	char name[MAX_NAME] = { 0 };
	printf("请输入需要查找的联系人的名字:>");
	scanf("%s", name);
	//1.查找
	int pos = FindByName(pc, name);
	if (pos == -1)
	{
		printf("要查找的人不存在\n");
		return;
	}
	//2.打印
	printf("%-20s\t%-5s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", "名字", "年龄", "性别", "电话", "地址");
	printf("%-20s\t%-5d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", pc->data[pos].name,
		pc->data[pos].age,
		pc->data[pos].sex,
		pc->data[pos].tele,
		pc->data[pos].addr);


}

void ModifyContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	char name[MAX_NAME] = { 0 };
	printf("请输入需要查找的联系人的名字:>");
	scanf("%s", name);
	//1.查找
	int pos = FindByName(pc, name);
	if (pos == -1)
	{
		printf("要查找的人不存在\n");
		return;
	}
	printf("要修改人的信息已经找到，接下来进行修改\n");
	//2.修改
	printf("请输入名字：》");
	scanf("%s", pc->data[pos].name);
	printf("请输入年龄：》");
	scanf("%d", &(pc->data[pos].age));
	printf("请输入性别：>");
	scanf("%s", pc->data[pos].sex);
	printf("请输入电话：>");
	scanf("%s", pc->data[pos].tele);
	printf("请输入地址：>");
	scanf("%s", pc->data[pos].addr);

	printf("修改成功\n");
}

int cmp_peo_by_name(const void* e1, const void* e2)
{
	return strcmp(((PeoInfo*)e1)->name, ((PeoInfo*)e2)->name);
}
//按照名字来排序
void SortContact(Contact* pc)
{
	assert(pc);
	qsort(pc->data, pc->count, sizeof(PeoInfo), cmp_peo_by_name);
	printf("排序成功\n");
}

test.c

通讯录主脉络：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include "contact.h"

void menu()
{
	printf("**********************************************\n");
	printf("********   1.add            2.del     ********\n");
	printf("********   3.search         4.modify  ********\n");
	printf("********   5.show           6.sort    ********\n");
	printf("********   0.exit                     ********\n");
	printf("**********************************************\n");

}
int main()
{
	int input = 0;
	Contact con;
	//初始化通讯录:模块化初始化
	InitContact(&con);//只能传地址，进行修改
	do
	{
		menu();
		printf("请选择：》");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			AddContact(&con);
			break;
		case 2:
			DelContact(&con);
			break;
		case 3:
			SeachContact(&con);
			break;
		case 4:
			ModifyContact(&con);
			break;
		case 5:
			ShowContact(&con);
			break;
		case 6:
			SortContact(&con);
			break;
		case 0:
			DestroyContact(&con);
			printf("退出通讯录\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
		}
	} while (input);
	return 0;
}