C 堆区内存管理

malloc

函数原型：

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void* malloc(size_t size);

功能：在堆上分配size字节内存块，返回void*无类型指针
参数：size 需要分配的字节数，常用sizeof(类型)计算
返回值
○ 成功：返回内存首地址，需要强制类型转换后使用
○ 失败：返回NULL，必须判空
头文件：#include <stdlib.h>
要点
○ 分配的内存不会自动清零，里面是随机脏数据
○ 内存默认对齐（Windows 下一般 8 字节对齐）
○ 实际占用内存 ≥ 你申请的大小，多出部分是堆管理器的元数据（堆块头）
○ malloc(0)：返回一个合法指针，但不能解引用读写
○ size_t：无符号整型别名

calloc

函数原型：

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void* calloc(size_t num, size_t size);

功能：分配num个元素，每个占size字节，总大小 num * size
和 malloc 核心区别：分配完成自动把整块内存初始化为 0
等效写法

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calloc(10, sizeof(int));
int* p = malloc(10 * sizeof(int));
memset(p,0,10*sizeof(int));

适用场景：数组，需要初始值全 0 的时候

realloc

函数原型：

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

功能：扩容 / 缩容已经分配好的堆内存
参数
○ ptr：之前 malloc/calloc/realloc 拿到的堆指针
○ new_size：目标总字节大小，不是增加多少字节
特性
○ 原有内存的数据会保留
○ 如果原地后面空间足够：直接原地扩容，返回原来地址
○ 如果后面空间不足：重新找一块足够大内存，拷贝旧数据，释放旧内存，返回新地址，旧 ptr 失效
○ 调试堆下：新扩展区域填充0xCD，边界保护标记0xFD
重要坑：不要直接写 ptr = realloc(ptr, new_size);
如果 realloc 失败返回 NULL，你直接覆盖 ptr，原来的内存地址丢失，造成内存泄漏
推荐写法：

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int* tmp = realloc(ptr, new_size);
if(tmp != NULL)
{
    ptr = tmp;
}

三者共同点

返回void*，C 语言可以隐式转换，C++ 需要强制转换
分配失败统一返回NULL，一定要做判空检查
都在堆区分配，必须手动 free 释放，否则内存泄漏
用完 free 之后，原指针变成野指针，建议手动置 NULL

选型建议

● 单纯申请内存，不需要清零 → malloc

● 申请数组，内容需要初始化为 0 → calloc

● 已经分配好，需要动态扩大 / 缩小内存 → realloc

配套 free

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void free(void* ptr);

参数：malloc/calloc/realloc 返回的堆指针
只能释放堆内存，不能释放栈指针
free 之后这块内存还给堆管理器，指针本身不会自动变成 NULL
重复 free 同一指针 → 堆损坏

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    // malloc
    int* p1 = (int*)malloc(4 * sizeof(int));
    if(p1 == NULL)
    {
        perror("malloc fail");  //打印系统错误信息
        return -1;
    }
    // calloc，自动清零
    int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));

    // realloc扩容到8个int
    int* tmp = (int*)realloc(p1, 8 * sizeof(int));
    if(tmp != NULL)
    {
        p1 = tmp;
    }
    free(p1);
    free(p2);
    p1 = NULL;
    p2 = NULL;
    return 0;
}