C语言学习笔记——指针：动态内存分配

C程序的内存映像
C程序的变量内存分配有三种：
（1）从静态存储区分配：程序的全局变量和静态变量都在静态存储区上分配，且在程序编译时就已经分配好了，在程序运行期间都是存在的。只有在程序终止前，才被操作系统收回。
（2）在栈上分配：在执行函数调用时，函数内的局部变量及形参都是在栈上分配的，该函数执行结束时，这些内存被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是容量有限。
（3）从堆上分配：在程序运行期间，用动态内存分配函数来申请的内存都是从堆上分配的。动态内存的生存期由程序员自己来决定，使用非常灵活，但最容易出问题。一定要注意在这些内存不用时，一定用free()将其释放，以防止发生内存泄漏。

函数malloc：用于分配若干字节的内存空间，返回一个指向该存储区地址的指针。若系统不能提供足够的内存单元函数将返回空指针(NULL)。
函数malloc()的原形为：

void *malloc(unsigned int size)

其中，参数size为无符号整型数，表示向系统申请的空间大小，函数调用成功将返回一个指向void类型的指针。因此，如果将函数调用的返回值赋值给某个指针，则应先根据该指针的基类型，用强制转换将返回的指针值强制转换为所需类型，然后再进行赋值操作。例如：

int *pi=NULL;
pi = (int*)malloc(sizeof(int)); //用sizeof计算出本系统中该类型需占内存空间字节数，提高程序可移植性

函数calloc()：用于给若干同一类型的数据项分配连续的存储空间，其中每个数据项的长度单位为字节。与malloc()不同的是：通过函数calloc所分配的存储单元，系统将其自动置初值为0。因此，从安全的角度而言，使用calloc()动态分配内存更明智。但是实际操作过程中，由于malloc执行效率更高，应用的更多。
函数calloc()的原形为：

void *calloc（unsigned int num，unsigned int size）

其中，第一个参数num表示向系统申请的内存空间的数量，第二个参数size表示申请的每个空间的字节数。若函数调用不成功，函数返回空指针(NULL)；若函数调用成功，将返回一个void类型的连续储存空间的首地址。如果要将该地址赋给某个指针，则应先根据该指针的基类型，将返回值进行相应的类型转换，然后再进行赋值操作。例如：

float *pf=NULL;
pf = (float *)calloc(10,sizeof(float));

表示向系统申请10个连续的float类型的存储单元，并用指针pf指向该连续存储单元的首地址，系统申请的总的存储单元字节数为10*sizeof(float)。显然，用函数calloc()申请的存储单元相当于一个一维数组。
函数free()：函数原型为：

void free (void*p);

该函数的功能是释放动态申请的由指针p指向的存储空间，该函数无返回值。函数free()中参数给出的地址只能是由函数malloc()和calloc()申请空间时返回的地址。
例如，为前面已申请的指向int型数据的指针pi所指向的sizeof（int）字节的储存空间释放，用下面语句：

free(pi);

函数realloc()：该函数的功能是将指针p所指向的存储空间大小改为size字节，函数返回值是新分配的存储空间的首地址，与原来分配的首地址不一定相同。注意：由于动太内存分配得到存储单元没有名字，只能通过指针引用它，所以一旦改变了指针的指向，原来分配的存储单元及放于其中的数据也就随之丢失了，从而造成内存泄漏，因此，这个指针是个变量，但不要轻易改变它的值。
动态内存分配的应用例子：一维动态数组的实现
函数功能：输入一个班某学生的成绩，计算平均分，然后输出，班级人数由键盘输入。

#include
#include
#include
int main() {
	int *p = NULL, n, i, sum;
	printf("Please enter array size:");
	scanf("%d", &n);//输入学生人数
	p = (int*)malloc(n * sizeof(int));
	if (p == NULL) { // 确保指针使用前是非空指针，当p为空指针时结束程序运行
		printf("No enough memory!\n");
		exit(0);
	}
	printf("Please enter the score:");
	for (i = 0; i < n; i++) { //输入n个学生的分数
		scanf("%d", p + i);
	}
	sum = 0;
	for (i = 0; i < n; i++) {
		sum = sum + *(p + i); //计算总分
	}
	printf("aver=%d\n", sum / n); //输出平均分
	printf("p = %p\n", p); //输出指针释放前指向空间
	free(p); //释放malloc（）申请的内存
	printf("p = %p\n", p); //输出指针释放后指向空间
	p=NULL; //指针置空
	return 0;
}

运行程序如下：
Please enter array size：5
Please enter the score：90 85 70 95 80
aver=84
p=00F85450
p=00F85450
由该程序运行结果可知，用free()函数释放前后，p 所指向的内存空间是一样的。所以释放后 p 所指向的的仍然是那块内存空间，那么就仍然可以往里面写数据。可是释放后该内存空间已经不属于它了，该内存空间可能会被分配给其他变量使用。如果其他变量在里面存放了值，而你现在用 p 往里面写入数据就会把那个值给覆盖，这样就会造成其他程序错误。所以当指针变量被释放后，要立刻把它的指向改为 NULL。

参考文献：C语言大学实用教程