C語言動態內存分配函數如何使用

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局部變量和函數的形參向棧區申請空間

全局變量和static靜態變量向靜態區申請空間

動態內存分配向堆區申請空間(位于<stdlib.h>或<cstdlib>頭文件)

一、malloc

void* malloc (size_t size);

分配內存塊

分配一個連續可用的字節內存塊，返回指向該內存塊開頭的指針。

新分配的內存塊的內容未初始化，內存塊中的數據為不確定值。

如果為參數為零，則返回值取決于特定的庫實現（它可能是空指針，也可能不是空指針）。

參數

內存塊的大小，以字節為單位。

是無符號整數類型，size_t。

返回值

成功時，為指向函數分配的內存塊的指針。

此指針的類型始終為void*，可以將其轉換為所需的數據指針類型。(C++由于其類型檢查更為嚴格，則必須進行強制類型轉換)

如果函數未能分配請求的內存塊，則返回空指針NULL。

#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (p == NULL)
    {
        printf("%s\n", strerror(errno));
    }
    else
    {
        for (int i = 0; i < 10; ++i)
        {
            *(p + i) = i;
        }
        for (int i = 0; i < 10; ++i)
        {
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    }
    free(p);
    p = NULL;
    /*
    1.斷開指針與動態開辟的空間的聯系，避免指針的危險操作
    2.防止對同一塊動態空間內存空間的重復釋放
    */
    return 0;
}

輸出

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

二、free(用于釋放動態開辟的空間)

void free(void* ptr);

解除分配內存塊

1.若參數ptr指向的空間不是動態開辟的，那么free函數的行為是未定義的。

2.若參數ptr是NULL指針，則free函數什么也不做。

3.free只釋放堆區空間，但ptr仍指向那塊空間。所以使用完free后要將ptr置為NULL,切斷ptr與該內存塊的聯系。

參數

指向要釋放的那塊空間的指針（必須指向初始位置）

返回值

無

錯誤案例

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
    if (p == NULL)
    {
        return 1;
    }
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        *(p + i) = i;
    }
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        printf("%d ", *(p++));//這里指針移動
    }
    free(p);//導致free釋放的不是初始位置的指針，程序崩潰
    p = NULL;
    return 0;
}

三、calloc

void* calloc(size_t num,size_t num);

分配和零初始化內存塊

1.函數的功能是為num個大小為size的元素開辟空間。

2.與malloc的區別只在于calloc會在返回地址前將申請的空間的每個字母初始化為0。

#include <stdio.h>      /* printf, scanf, NULL */
#include <stdlib.h>     /* calloc, exit, free */
int main ()
{
  int i,n;
  int * pData;
  printf ("Amount of numbers to be entered: ");
  scanf ("%d",&i);
  pData = (int*) calloc (i,sizeof(int));
  if (pData==NULL) exit (1);
  for (n=0;n<i;n++)
  {
    printf ("Enter number #%d: ",n+1);
    scanf ("%d",&pData[n]);
  }
  printf ("You have entered: ");
  for (n=0;n<i;n++) printf ("%d ",pData[n]);
  free (pData);
  return 0;
}

四、realloc

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

重新分配內存塊

1.ptr為要調整的內存空間，size為調整后的新大小

2.返回值為調整后的內存塊的起始位置

注意事項

1.若ptr指向的空間之后有足夠的空間可以追加，則直接追加，然后返回ptr。

2.若ptr指向的空間之后沒有足夠的內存空間，則realloc函數會重新找一塊內存空間，開辟一塊滿足需求的內存空間，并且把原來內存中的數據拷貝過來，釋放舊的內存空間，最后返回新開辟的內存空間的地址。

#include <stdio.h>      /* printf, scanf, puts */
#include <stdlib.h>     /* realloc, free, exit, NULL */
int main ()
{
  int input,n;
  int count = 0;
  int* numbers = NULL;
  int* more_numbers = NULL;
  do {
     printf ("Enter an integer value (0 to end): ");
     scanf ("%d", &input);
     count++;
 
     more_numbers = (int*) realloc (numbers, count * sizeof(int));
 
     if (more_numbers!=NULL) {
       numbers=more_numbers;
       numbers[count-1]=input;
     }
     else {
       free (numbers);
       puts ("Error (re)allocating memory");
       exit (1);
     }
  } while (input!=0);
  printf ("Numbers entered: ");
  for (n=0;n<count;n++) printf ("%d ",numbers[n]);
  free (numbers);
  return 0;
}

五、常見的動態內存分配錯誤

1.對NULL指針的解引用操作（要進行返回值的判斷）

2.對動態開辟空間的越界訪問

3.對非動態開辟內存的空間的使用free進行釋放

4.使用free釋放一塊動態開辟內存的一部分

（若指針位置發生變化，歸位后再進行釋放）

5.對同一塊動態內存的多次釋放

6.動態開辟內存忘記釋放（內存泄漏）

六、柔性數組

C99中，結構體中的最后一個元素是未知大小的數組，被稱為柔性數組成員。

特點

1.結構體中柔性數組成員前必須至少有一個其他成員。

2.sizeof返回的這種結構體的大小不包括柔性數組的內存大小。

3.包含柔性數組成員的結構體用malloc函數進行內存動態內存的動態分配，并且分配的內存應大于結構體的大小，以適應柔性數組的預期大小。

優勢

1.方便內存釋放。

2.利于訪問速度，減少內存碎片。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct S
{
    int n;
    int arr[];
};
int main()
{
    struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 5 * sizeof(int));
    //給arr分配內存20個字節的空間
    if (ps == NULL)
    {
        return 1;
    }
    //……………………操作
    free(ps);
    ps = NULL;
    return 0;
}

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