C语言详谈动态内存管理

原创于 2025-07-26 18:00:12 发布 · 914 阅读

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前言

在之前的部分, 我们聊到了C语言中的字符串操作函数 - string, 内存操作函数 - memory, 这一部分呢, 我们就来聊一聊C语言中的动态内存管理, memory alloc, 在堆上动态管理空间, 是最常用的管理方式~, 那么就让我们开始吧~~

为什么要有动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟⽅式有：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

但是上述的开辟空间的⽅式有两个特点：

1. 空间开辟⼤⼩是固定的。

2. 数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整

但是对于空间的需求，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的时候才能知道，那数组的编译时开辟空间的⽅式就不能满⾜了。C语⾔引⼊了动态内存开辟，让程序员⾃⼰可以申请和释放空间，就⽐较灵活了。

malloc和free

malloc

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的⾏为是标准是未定义的，取决于编译器。

free

C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔是⽤来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

void free (void* ptr);

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。

举个例⼦：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	int arr[num] = { 0 };
	int* ptr = NULL;
	ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int));
	if (NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
	{
		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;//是否有必要？
	return 0;
}

calloc和realloc

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

举个例⼦：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (NULL != p)
	{
		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。

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，那为了合理的时候内存，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 是要调整的内存地址

size 调整之后新⼤⼩

返回值为调整之后的内存起始位置。

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在调整内存空间的是存在两种情况：

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

当是情况1 的时候，要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。

情况2

当是情况2 的时候，原有空间之后没有⾜够多的空间时，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

由于上述的两种情况，realloc函数的使⽤就要注意⼀些:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(100);
	if (ptr != NULL)
	{
		//业务处理
	}
	else
	{
		return 1;
	}
	//扩展容量

	//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
	ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)

	//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中
	int* p = NULL;
	p = realloc(ptr, 1000);
	if (p != NULL) 
	{
		ptr = p;
	}
	//业务处理
	free(ptr);
	return 0;
}