C语言初识动态内存管理malloccallocreallocfree函数

2024-04-02 19:55

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一、为什么存在动态内存分配

在c语言中我们目前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

要么创建个变量，要么创建个数组。
这样开辟出来的空间我们在使用的时候有时候会出现要么感觉空间过大，要么感觉空间过小，不够灵活。
所以我们需要一种使空间可以变大变小的方法，这时候就出现了动态内存开辟。

但是上述的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。这时候就只能试试动态存开辟了。

二、动态内存函数的使用

首先我们要了解数据，变量，函数是在内存中怎么存放的，如下图所示：

1.malloc函数

（1）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。

（2）malloc函数的注意事项

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。

（3）malloc函数的使用

代码如下：


#include<stdio.h>
 
//动态内存开辟
int main()
{
	//假设开十个整型的空间 -- 10*sizeof(int)
	int arr[10];//栈区
	//动态内存开辟
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	//使用这些空间的时候
	if (p == NULL)
	{
		perror("main");//main:xxxxxxxxxxx(错误信息）
	}
	//使用
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d", p[i]);//p[i]-->*(p + i)
	}
	//回收空间
	free(p);//malloc函数要配合free函数使用，使用完之后要主动释放这块空间
	p = NULL;//释放完了之后要把p置成空指针
	return 0;
}

2.calloc函数

（1）calloc函数的定义

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。

（2）calloc函数的注意事项

1.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。

2.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。

（3）calloc函数的使用

代码如下：


#include<stdio.h>
 
//动态内存开辟
int main()
{
 
	int* p = calloc(10,sizeof(int));
	//使用这些空间的时候
	if (p == NULL)
	{
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d", p[i]);//p[i]-->*(p + i)
	}
	//回收空间
	free(p);//malloc函数要配合free函数使用，使用完之后要主动释放这块空间
	p = NULL;//释放完了之后要把p置成空指针
	return 0;
}

打印结果如下：

需要注意点就是，calloc函数和malloc函数相比有两点不同，

1.calloc函数的参数为两个，malloc函数的参数为一个。

2.malloc函数如果不初始化打印出来的都是随机值，calloc函数不用初始化，会默认把申请的空间每个字节初始化为0。

3.realloc函数

（1）realloc函数的定义

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。

（2）realloc函数的注意事项

1.ptr 是要调整的内存地址

2.size 调整之后新大小返回值为调整之后的内存起始位置。

3.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。

4.realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

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。

（3）realloc函数的使用


#include<stdio.h>
 
//动态内存开辟
int main()
{
 
	int* p = calloc(10,sizeof(int));
	//使用这些空间的时候
	if (p == NULL)
	{
		perror("main");
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = 5;
	}//这里需要P指向的空间更大，需要20个int空间的大小
	//realloc调整空间大小
	int* ptr = realloc(p, 20 * sizeof(int*));
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
	}
	//回收空间
	free(p);//malloc函数要配合free函数使用，使用完之后要主动释放这块空间
	p = NULL;//释放完了之后要把p置成空指针
	return 0;
}