C 语言内存管理：从基础到实践

一、引言

在 C 语言编程里，内存管理至关重要。C 语言为内存的分配和管理提供了丰富的工具，主要集中在 <stdlib.h> 头文件中。通过指针变量，程序员能对内存进行灵活操作，包括分配、释放、移动和复制等。

二、常用内存管理函数

1. calloc()

void *calloc(int num, int size);

此函数在内存中动态分配 num 个长度为 size 的连续空间，并将每个字节初始化为 0，最终分配 num * size 字节的内存空间。

2. free()

void free(void *address);

该函数用于释放 address 所指向的动态分配的内存块。

3. malloc()

void *malloc(int num);

在堆区分配指定大小的内存空间存放数据，分配的内存不会初始化，值未知。

4. realloc()

void *realloc(void *address, int newsize);

重新分配内存，将内存扩展到 newsize。

三、动态分配内存实践

当预先知道数组大小时，可直接定义数组，如 char name[100];。但如果不清楚所需存储的文本长度，可使用指针并后续按需分配内存。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
int main()
{
   char name[100];
   char *description;
 
   strcpy(name, "Zara Ali");
 
   /* 动态分配内存 */
   description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char) );
   if( description == NULL )
   {
      fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   }
   else
   {
      strcpy( description, "Zara ali a DPS student in class 10th");
   }
   printf("Name = %s\n", name );
   printf("Description: %s\n", description );
}

上述代码也可用 calloc() 替代 malloc()，动态分配内存让开发者有更大控制权，可按需分配任意大小的内存。

四、重新调整内存大小与释放内存

操作系统会在程序退出时自动释放分配给程序的内存，但建议在不需要内存时手动调用 free() 释放。同时，可通过 realloc() 调整已分配内存块的大小。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
int main()
{
   char name[100];
   char *description;
 
   strcpy(name, "Zara Ali");
 
   /* 动态分配内存 */
   description = (char *)malloc( 30 * sizeof(char) );
   if( description == NULL )
   {
      fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   }
   else
   {
      strcpy( description, "Zara ali a DPS student.");
   }
   /* 假设您想要存储更大的描述信息 */
   description = (char *) realloc( description, 100 * sizeof(char) );
   if( description == NULL )
   {
      fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   }
   else
   {
      strcat( description, "She is in class 10th");
   }
   
   printf("Name = %s\n", name );
   printf("Description: %s\n", description );
 
   /* 使用 free() 函数释放内存 */
   free(description);
}

若不重新分配额外内存，strcat() 可能因内存不足产生错误。

五、其他内存管理工具

1. sizeof 运算符

获取数据类型或变量的大小（以字节为单位）。

2. 指针运算符

• &：获取变量的内存地址。
• *：获取指针所指向的变量的值。
• ->：指针访问结构体成员，pointer->member 等价于 (*pointer).member。

3. memcpy() 和 memmove() 函数

memcpy() 从源内存区域复制数据到目标内存区域，memmove() 类似但可处理重叠内存区域。

六、总结

C 语言的内存管理功能强大但需谨慎使用。合理运用这些内存管理函数和运算符，能有效提升程序性能，避免内存泄漏等问题。希望本文能帮助您更好地掌握 C 语言的内存管理。