C语言动态内存管理

为什么要有动态内存分配

我们之前已经学过了为变量开辟内存的方法了，比如：

int a = 0;
int arr[12]={0";

在编程中，首先来看两个场景：

第一种情况：初始化阶段，我们声明了一个整型变量a，并为之分配了4个字节的内存空间。这一步操作是在编译时期就确定了所需内存的大小。

第二种情况：同样在初始化时，我们定义了一个长度为12的整型数组arr，系统会一次性为其分配48个字节的连续内存空间，其大小也是在编译期间就能明确得知。

然而，在实际开发中，有时候我们会遇到这样的问题：对于某些数据结构或变量，我们无法预先知道到底需要多大的存储空间，或者在程序运行过程中，它们所需的内存空间可能会不断变化和增长。在这种情况下，静态地预先分配固定大小的内存空间显然无法满足需求。

这就引出了动态内存管理的概念。动态内存管理允许我们在程序运行时，根据实际需要动态地申请、分配和释放内存空间。通过使用诸如malloc、calloc、realloc等函数，我们可以灵活地管理内存，从而适应那些对内存大小有动态需求的数据结构和变量。这样不仅提高了内存的利用率，也极大地增强了程序的灵活性与扩展性。

malloc和free

malloc

这是C语言提供的一个动态内存分配的函数malloc，它可以对内存进行动态分配，参数部分为需要申请的空间大小，类型为size_t，

使用这个函数时，会申请一块新的内存空间，并返回这块内存空间的起始地址

若开辟成功，则返回该内存空间的起始地址

若开辟失败，则返回NULL，因此在使用malloc的时候一定要进行检查

如果size值为0，此时malloc是未定义的，取决于编译器

返回值的类型为void*，这就意味着我们在使用的时候需要根据具体的情况进行类型转换

free

free是用来释放内存空间的函数

在动态内存管理中，当一块先前通过malloc、calloc等函数申请的内存空间不再需要时，可以通过free函数来释放并回收这块内存。这样做的目的在于有效地管理和利用系统资源，确保有足够的内存空间供后续的内存分配请求使用。

针对上述机制，若ptr是一个指向先前已分配内存区域的指针，正确调用free(ptr)将会释放ptr所指向的那部分内存。但如果ptr并未指向有效且已分配的内存区域，那么执行free(ptr)将会导致未定义行为的发生，这意味着程序可能产生不可预测的结果，甚至可能导致程序崩溃。

另外，当ptr的值为NULL（即空指针）时，调用free(ptr)函数是安全的，此时free函数不会进行任何实质性的操作，仅会简单地返回，不做任何内存释放处理。

最后，请注意free(ptr)函数并不会改变ptr指针自身的值，即使释放了它所指向的内存块，ptr仍会保持原样，继续指向原来的内存地址。为了避免潜在的问题，实践中通常建议在释放内存后将ptr设为NULL，以示该指针不再指向有效的内存区域。

例子

动态内存函数都包含在stdlib.h这个头文件里，下面是一个具体的例子

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

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

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	int* ptr = NULL;//定义一个ptr变量并赋值为空指针
	// 动态为ptr指针分配可以存储num个整数的内存空间
	ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
	//判断是否分配成功
	if (ptr != NULL)
	{
		// 若内存分配成功，则初始化ptr指向的内存区域为零
		for