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【C语言】动态内存管理

【C语言】动态内存管理

1 malloc 和 free

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

void* malloc(size_t size);

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。

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。
如果参数 size 为 0，malloc 的行为是未定义的，取决于编译器如何进行处理。

C语言还提供了另外一个函数 free，专门用来做动态内存的释放和回收，函数原型如下：

void free (void* ptr);//传过去是要释放的空间的起始地址

free 函数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，那么 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。

malloc 和 free 都声明在 stdlib.h 头文件中。

使用演示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int num = 0;
    scanf("%d", &num);
    int* ptr = NULL;
    ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
    if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
    {
        return 1;
    }
    
    int i = 0;
    for(i=0; i < num; i++)
    {
    	*(ptr+i) = 0;
    }
    free(ptr);//释放ptr所指向的动态内存

    ptr = NULL;//思考：是否有必要？
    return 0;
}

2 calloc

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。原型如下：

void* calloc (size_t num, size_t size);

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。
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。

案例演示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>  
int main() 
{ 
    int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); 
    if(NULL != p) 
    { 
        return 1; 
    } 
    int i = 0; 
    for(i=0; i<10; i++) 
    { 
        printf("%d ", *(p+i)); 
    }
    free(p); 
    p = NULL; 
    return 0; 
}

输出结果：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用 calloc 函数来完成任务。

3 realloc

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，那为了合理的使用内存，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。

函数原型如下：

void* realloc (void* ptr, size_t size);

ptr 是要调整的内存空间的起始地址
size 调整之后新大小
返回值为调整之后的内存空间的起始位置。
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。

realloc 调整内存空间存的两种情况

情况1：原有空间之后有足够大的空间
情况2：原有空间之后没有足够大的空间

情况1的内存情况

指针 p 所指向的内存空间大小为 40 个字节，将 p 指向的空间扩大为 80 个字节，上图中可以看到，p 当前所指向的内存空间之后的连续40个字节的空间，都没有被使用。

此时，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。如下图：

情况2的内存情况

指针 p 所指向的内存空间大小为 40 个字节，将 p 指向的空间扩大为 80 个字节，上图中可以看到，p 当前所指向的内存空间之后的连续40个字节的空间，其中有部分已经被占用。

此时，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。如下图：

注意： realloc 函数寻找另一个合适大小的空间进行开辟时，会同步的将原来旧的空间的数据复制到新的空间中去。

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