C语言动态内存管理(上)

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本篇主题：C语言动态内存管理(上)
发布时间：2025.3.16
隶属专栏：C语言

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为什么需要动态内存管理

静态分配的局限性

静态数组：int arr[100] 需要编译时确定，且空间开辟是固定的
自动变量：函数内定义的局部变量生命周期受限于函数栈帧

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。这时候就只能试试动态存开辟了。

动态分配的优势

运行时按需分配（如根据用户输入决定数据规模）
灵活调整内存大小（动态扩容/缩容）
突破栈空间限制（堆空间通常比栈大得多）
实现跨函数的数据持久化（如链表节点）

动态内存函数

malloc

函数介绍

函数地址：malloc
函数格式：void* malloc (size_t size);
功能：分配一个大小字节的内存块，返回一个指向该块开头的指针。新分配的内存块的内容没有初始化，保留不确定的值。
返回值：如果成功，则返回一个指向函数分配的内存块的指针。如果函数分配请求的内存块失败，则返回空指针。
头文件： strstr函数的声明在stdlib.h的头文件中，在使用时，要使用#include <stdlib.h>操作包含头文件。
特别注意：

如果size为0，则返回值取决于特定的库实现（它可能是也可能不是空指针），但是返回的指针不能被解引用。
该指针的类型始终为void*，可以将其强制转换为所需的数据指针类型，以实现可解引用。

函数使用

#include <stdio.h>      
#include <stdlib.h>     int main()
{int i, n;char* buffer;printf("How long do you want the string? ");scanf("%d", &i);buffer = (char*)malloc(i + 1);if (buffer == NULL) exit(1);for (n = 0; n < i; n++)buffer[n] = rand() % 26 + 'a';buffer[i] = '\0';printf("Random string: %s\n", buffer);free(buffer);return 0;
}

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free

函数介绍

函数地址：free
函数格式：void free (void* ptr);
功能：释放了先前通过调用malloc、calloc或realloc分配的内存块，使其再次可用以进行进一步分配。
返回值：void
头文件： strstr函数的声明在stdlib.h的头文件中，在使用时，要使用#include <stdlib.h>操作包含头文件。
特别注意：

如果ptr没有指向由上述函数分配的内存块，则会导致未定义的行为。
如果ptr是空指针，则该函数不执行任何操作。
free函数没有改变ptr本身的值，因此它仍然指向相同的（现在无效的）位置。

函数使用

#include <stdlib.h>     int main()
{int* buffer1, * buffer2, * buffer3;buffer1 = (int*)malloc(100 * sizeof(int));buffer2 = (int*)calloc(100, sizeof(int));buffer3 = (int*)realloc(buffer2, 500 * sizeof(int));free(buffer1);free(buffer3);return 0;
}

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calloc

函数介绍

函数地址：calloc
函数格式：void* calloc (size_t num, size_t size);
功能：为包含num个元素的数组分配一块内存，每个元素的size为字节大小，并将其所有位初始化为零。
返回值：如果成功，则返回一个指向函数分配的内存块的指针。如果函数分配请求的内存块失败，则返回空指针。
头文件： strstr函数的声明在stdlib.h的头文件中，在使用时，要使用#include <stdlib.h>操作包含头文件。
特别注意：

如果size为0，则返回值取决于特定的库实现（它可能是也可能不是空指针），但是返回的指针不能被解引用。
该指针的类型始终为void*，可以将其强制转换为所需的数据指针类型，以实现可解引用。

函数使用

#include <stdio.h>      
#include <stdlib.h>     int main()
{int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (p != NULL){//使用空间}free(p);p = NULL;return 0;
}

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realloc

函数介绍(C11标准)

函数地址：realloc
函数格式：void* realloc (void* ptr, size_t size);
功能：改变ptr所指向的内存块的大小。
返回值：如果成功，则返回一个指向函数分配的内存块的指针。如果函数分配请求的内存块失败，则返回空指针，表示ptr所指向的块没有被修改。
头文件： strstr函数的声明在stdlib.h的头文件中，在使用时，要使用#include <stdlib.h>操作包含头文件。
特别注意：

如果size为0，则返回值取决于特定的库实现：它可以是空指针，也可以是其他不能解引用的位置。
如果ptr是空指针，则该函数的行为类似于malloc，分配一个新的大小字节块并返回一个指向其起点的指针。
如果函数分配请求的内存块失败，则返回空指针，并且参数ptr指向的内存块不会被释放（它仍然有效，其内容不变）。
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。

函数使用

#include <stdio.h>      
#include <stdlib.h>    int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){perror("malloc");return 1;}//初始化为1~10int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++) {p[i] = i + 1;}//增加一些空间int* ptr = (int*)realloc(p, 8000);if (ptr != NULL){p = ptr;ptr = NULL;}else{perror("realloc");return 1;}//打印数据for (i = 0; i < 20; i++){printf("%d\n", p[i]);}//释放free(p);p = NULL;return 0;
}