C语言-输出指定个数的质数

原文链接

质数概念

只能被 1 和自身整除的对于 1 正整数。

2, 3, 5, 7, ...

指针声明和初始化

unsigned long long *pPrimes = NULL;

NULL 对指针而言相当于 0 值，在声明指针的时候最好将其初始化为 NULL 防止其乱指，在后面使用过程中

造成内存覆盖等问题。

声明需要的变量：

// 用来存储所有的质数
unsigned long long *pPrimes = NULL;
unsigned long long trial = 0;
_Bool found = false;
int total = 0; // 需要输出的总质数个数
int count = 0; // 用来计数

pPrimes 指针用来存放动态分配的内存首地址。
trial 用来获得当前将要被处理的可能是质数的数。
total 用户需要展示的质数的个数，由用户输入。
count 循环的计数。

动态分配内存(malloc() 或 calloc())

malloc() 和 calloc() 区别在于 calloc() 有两大有点：

1. 将内存分配为给定大小的数组；
2. 会将所有分配的内存初始化为 0 。

因此尽量使用 calloc 去动态分配内存。

这里我们固定内存的容量大小为： size_t capacity = 10; 使用 size_t 是因为

calloc() 或 malloc() 的第二个参数类型为 size_t 类型。

printf("请问想要输出多少个质数(至少4个) ? ");
scanf("%d", &total);

// 根据输入个数分配空间
// 固定初次分配的内存量
size_t capacity = 10;
pPrimes = (unsigned long long *)calloc(capacity, sizeof(unsigned long long));
if (!pPrimes) {
  printf("内存分配失败。");
  return 1;
 }

记得分配完内存在使用之前，一定要做非空判断，判断是否分配成功，只有成功了才能继续往下，否则可能会造成未知的严重后果。

获取已知的质数

根据质数的特性，我们先声明几个已知的质数(2, 3, 5)，然后根据这些已知的质数，去被将来的质数整除，只要能整除，说明

它不是质数。

// 直接找出前 3 个质数 (2, 3, 5)
*pPrimes = 2ULL;
*(pPrimes + 1) = 3ULL;
*(pPrimes + 2) = 5ULL;
count = 3;
trial = 5ULL;

通过下面的循环去找出下一个质数：

unsigned long long *pTemp = NULL;
while (count < total) {
  trial += 2ULL; // 直接跳过偶数

  // 计算是否能被现有的质数整除，如果能表示非质数
  // 这里使用 i = 1 是因为 任何奇数都无法被2整除，
  // 因此没必要对 2 进行判断
  for (int i = 1; i < count; i++) {
    if (!(found = (trial % *(pPrimes + i))))
      break;
  }

  if (found) {
    *(pPrimes + count++) = trial;
  }
 }

trail += 2ULL; 这里使用了个技巧，因为我们知道除了 2 意外的偶数(>0)都不会是质数，因此偶数就没必要

去做多余的判断了。

经过上面的 while 循环我们将找到下一个质数：

*(pPrimes + count++) = trial;

并将它放到最后一个质数的后面通过 *(pPrimes + count++) ，因为指针的 +1 是根据其指针存放的数据类型

的大小递增的，因此可以直接通过指针 +count 来找到要存放当前质数的地址。

但前提是最后一个质数空间后面有更多的空间去容纳它，那么这个时候就需要考虑去动态分配更多的空间了，

因为我们最初只固定分配了 CAP_INCR 个内存空间。

再分配内存(realloc())

realloc() 会在 malloc() 或 calloc() 基础之上分配更多的内存空间，并且会将旧的内存拷贝到新的内存中。

比如：

malloc() 了 5 个内存空间：

1	2	3	4	5

然后通过 realloc() 分配 10 个内存空间：

0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

然后会把 malloc() 分配的内存里的内容拷贝到新的里面成为：

1	2	3	4	5	0	0	0	0	0

// 是否找到 ??
if (found) {
  // 找到之后得先判断内存是否够用，不够用需要再分配
  if (count == capacity) {
    capacity += CAP_INCR;
    pTemp = realloc(pPrimes, capacity * sizeof(unsigned long long));
    if (!pTemp) {
      printf("realloc failed.\n");
      free(pPrimes);
      pPrimes = NULL;
      return 2;
    }
    pPrimes = pTemp;
  }
  // 将找到的质数保存起来
  *(pPrimes + count++) = trial;
 }

上面声明了一个新的指针 pTemp 用来指向再分配的内存空间，但是会发现我们后面并没有去针对这个指针去做释放操作，

这是因为我们后面将 pPrimes 指向了 pTemp ，而我们也在后面对 pPrimes 进行了释放。

即如果两个指针同时指向一个内存空间的话，只需要释放一个就可以了，如果两个都去调用 free() 进行释放，

其实就是意味着对同一块内存进行两次释放，这个也可能会造成不可预知的问题，因此切记不要对同一块内存进行两次甚至

更多次的释放操作。

输出结果并释放内存，置空指针

// 输出得到的质数
for (int i = 0; i < total; i++) {
  printf("%12llu", *(pPrimes + i));
  if (!((i + 1) % 5)) { // 被 5 整除换行，一行显示5个
    printf("\n");
  }
 }
printf("\n");

// 释放内存
free(pPrimes);
// 置空指针
pPrimes = NULL;

分配内存之后，不用的时候不单单要调用 free() 去释放，释放之后，这个指针也需要置空处理，防止乱指。

完整代码

总结

该实例完成，主要是认识 malloc(), calloc() 和 realloc() 动态分配内存以及内存释放函数的使用，及其相关的一些知识和注意点和质数的概念。