【落羽的落羽 C语言篇】动态内存管理·上

落羽的落羽

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分类专栏： C语言学习篇文章标签： c语言

于 2024-12-25 18:23:33 首次发布

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文章目录

一、动态内存管理是什么
二、动态内存管理相关函数
- 1. malloc
- 2. free
- 3. calloc
- 4. realloc
三、柔性数组
- 1. 概念
- 2. 使用

一、动态内存管理是什么

我们之前已经知道，定义变量就是申请一块空间，int a;就是申请四个字节的空间，char arr[20]就是申请20个字节的空间。这样的空间申请方式有两个特点：空间开辟的大小是固定的、开辟好的空间大小不能再修改了。但是对于内存空间的需求，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时才能知道，那么这种申请内存空间的方式就不能满足我们的需求的

所以，C语言中引入了动态内存管理（开辟），让我们能自由地申请和释放内存空间。
而要实现这一点，必须要依靠下面的相关函数。

二、动态内存管理相关函数

以下四个函数malloc、free、calloc、realloc，都包含在头文件stdlib.h中。

1. malloc

C语言提供了一个动态内存开辟的函数malloc：
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这个函数能申请一块大小为size个字节的内存空间，返回指向这块空间的指针。
但要注意的是：

内存空间可能会开辟失败，如果失败了，会返回NULL空指针，因此使用malloc后一定要对返回值做检查。
malloc并不知道开辟空间的存放数据类型是什么，返回指针的类型是void*。所以一般需要使用者对返回值进行强制类型转换
参数size为0，malloc的行为是未定义的，结果取决于编译器。

2. free

C语言还提供了一个函数free，是用来实现动态内存的释放和回收的：
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free能将参数指针指向的空间进行释放和回收，free后该指针变成野指针。以前也讲过，这时最好把野指针置为NULL。
但要注意的是：

如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那么函数free的行为是未定义的。
如果参数ptr是NULL空指针，那么free函数什么都不做

在一个程序中，如果开辟的动态空间不用free释放回收，操作系统也会在程序退出的时候自动回收这块内存；但一般情况下，我们动态开辟好的空间在使用完后，习惯性free掉，为了节省空间。

举个栗子：用malloc申请一块空间，存放num个int数据，打印出来，再free掉这块空间。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
int main()
{
    int num = 0;
    scanf("%d",&num);
    int* p = NULL;
    p = (int*)malloc(num*sizeof(int));
    assert(p != NULL);//检查是否空间开辟成功
    for(int i=0 ; i<num ; i++)
        scanf("%d", p+i);
    for(int i=0 ; i<num ; i++)
        printf("%d ", *(p+i));
    free(p);
    p = NULL;//有必要的，牢记出现野指针随即置为NULL
    return 0;
}

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3. calloc

还有一个函数是calloc，也是用来进行动态内存分配的：
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这个函数的功能是为num个size大小的数据开辟一块空间，并且把每个字节初始化为0。它与函数malloc的区别只在于calloc能将每个字节初始化为0，其余的使用方法与malloc完全相同。

int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
assert(p != NULL);
for(int i=0 ; i<10 ; i++)
    printf("%d ",*(p+i));
free(p);
p = NULL;

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如果要求我们对申请的内存空间的内容初始化，那么应该使用calloc。

4. realloc

在申请空间后，有时我们发现申请好的空间太小了，有时又觉得太大了，为了合理地使用内存，我们会对已经开辟的内存大小做一些调整，relloc函数是用来实现这个功能的。
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参数指针ptr代表着要调整的空间，size是调整后想要的大小。函数返回指向调整后的空间的指针。当然，也可能开辟空间失败，返回空指针NULL。

realloc调整空间大小有两种情况：

情况1：原空间之后有足够大的空间
情况2：原空间之后没有足够大的空间

对于这两种情况：

情况1：扩展内存直接从原空间之后追加。
情况2：在堆空间上另外找一个大小合适的连续空间来使用，将原空间中的已有数据拷贝到新空间内，释放回收原空间。

有了这个函数，我们就可以在写项目的过程中，实时调整要使用的内存空间的大小。
很好理解吧~

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三、柔性数组

1. 概念

C99中，结构体中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就是柔性数组。
例如：

struct s
{
    int i;
    char c;
    int a[];
}

要注意的是：

结构体中的柔性数组前面必须有至少一个其他成员，柔性数组必须是结构体的最后一个成员
结构体的大小计算不会算上柔性数组的大小
包含柔性数组的结构体需要用malloc函数进行内存分配，并且分配的内存应该大于结构体的大小，适应柔性数组的预期使用大小。

2. 使用

举个栗子：

struct s
{
   char c;
   int a[];
};

struct s* p = (struct s*)malloc(sizeof(struct s)+100*sizeof(int));
assert(p!=NULL);
p->c = 'x';
for(int i=0 ; i<100 ; i++)
    p->a[i] = i;
free(p);
p = NULL;