c语言：动态内存管理中的malloc和free，calloc和realloc

为什么要有动态内存分配？

通过之前的学习，我们已经掌握的内存开辟方式有：

int a = 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

上述空间的开辟的大小是固定的

数组在申明的时候，必须指定数组的长度，数组空间一旦确定了大小不能进行调整。

但是c语言引入了动态内存开辟，可以自己申请和释放空间，比较灵活。

malloc和free

malloc

void* mallloc (size_t size);

是c语言提供的一个开辟动态内存的函数。

返回值是void* ，所以并不知开辟空间的类型，具体在使用的时候自己做决定。

这个函数可以向内存申请连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

例如：申请10个整型的空间

#include<stdio.h>
int main()
{
	//申请10个整型的空间 
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	return 0;
 } 

但是空间的开辟不一定都是成功的，所以要进行判断，如果开辟成功就返回起始地址。

如果开辟失败， 就返回一个NULL指针 ，所以对返回值一定要做好检查。

#include<stdio.h>
int main()
{
	//申请10个整型的空间 
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	//对内存的申请是否成功，进行判断。 
	if(p ==NULL)
	{
		//空间开辟失败
		perror("malloc");
		return 1; 
	 } 
	return 0;
 } 

free

c语言提供了一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的。

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，那么free函数的行为是未定义的。

如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不用做。

malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。

例如：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* ptr=NULL;
	int num=0;
	scanf("%d",&num);
	ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
	//对内存的申请是否成功，进行判断。 
	if(*ptr ==NULL)
	{
		//空间开辟失败
		perror("malloc");
		return 1; 
	 } 
	 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; 
	return 0;
 } 

一旦free之后，p指完的空间，不属于当前程序，但是可以找到。

为了防止ptr成为野指针，所以最后加一个ptr = NULL

局部数组不可以释放，malloc和free最好成对使用。

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。

void* calloc (size_t num,size_t size);

函数的功能为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一个字节初始化为全0.

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	//申请10个整形的空间
	//malloc(10*sizeof(int));
	int *p = (int*)calloc(10,sizeof(int));
	if(p==NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	 } 
	 //使用空间
	 int i=0;
	 for(i=0;i<10;i++)
	 {
	 	printf("%d ",p[i]);//*(p+i)
	  } 
	  //释放
	  free(p);
	  p = NULL; 
	return 0;
}

如果我们对内存空间的内容要求初始化，那么可以很方便的使用calloc函数来实现。

realloc

realloc函数的出现是让动态内存管理更加灵活。

有时我们发现过去申请 的空间太小了，或者太大了，为了合理的使用内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整，realloc函数就可以对动态开辟内存的大小进行调整。

void* realloc(void* ptr,size_t size);

ptr是调整的内存地址，

size 调整之后的大小。

返回值为调整之后的内存的起始地址 。

这个函数调整内存空间的大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

分为两种情况

int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(20);
	//.....
	if(ptr != NULL)
	{
		int* tmp = realloc(ptr,40);
		//...
	}
	return 0;
}

1，原有的空间由足够大的空间。

2，原有的空间之后没有足够的空间。

（1）对于第二种：如果后续的空间不够，realloc函数直接在内存的堆区找一块新的满足大小的空间

（2）将旧的数据，拷贝到新的空间

（3）释放新的空间

（4）返回新的地址

#include<stdio.h>
int main()
{
	//申请10个整型的空间 
	int* ptr = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	//对内存的申请是否成功，进行判断。 
	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);//这样的方式正确吗？
	  //代码2--先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，再放在ptr中
	  int* p = NULL;
	  p = realloc(ptr,1000);
	  if(p != NULL)
	  {
	  	ptr = p;
	   } 
	   //业务处理
	   free(ptr); 
	return 0;
 }