C语言 关于malloc free calloc realloc

为什么存在动态内存分配？

我们已经掌握的内存的开辟方式有：
int val=20;//在栈上开辟4个字节;
char arr[10]={0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间。
但是上述开辟方式有两个特点：
（1）空间开辟大小是固定的。
（2）数组在申明的时候，必须指定数组的长度它所需要的内存在编译时分配。
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知道，那数组的编译时开辟空间就不能满足了。这时我们需要使用动态内存开辟了。
总的来说我们需要以下两点：
（1）得到一个变长数组
（2）栈上无法开辟大块空间，有时候我们需要大块内存。

malloc

C语言提供了一个动态内存开辟的函数
void* malloc(size_t size);
该函数与类型无关，向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。
1）如果开辟成功，则返回一个指向这块空间的指针。
2）如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。
3）返回值的类型是void*，所以malloc的函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。
4）如果参数size为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。
补充：在堆上申请空间，由程序员自己申请，由自己释放。
释放空间的过程称为“垃圾回收”。
如果不释放，会造成“内存泄漏”
程序员自己释放内存可称为一种垃圾回收机制
整体申请，整体释放，申请的空间是连续的

free

C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
void free (void *ptr);//指针指向申请出来的起始地址
free函数用来释放动态开辟的内存。
1)如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那么free的行为是未定义的。
2)如果参数ptr是NULL指针，则函数什么事都不做。
malloc和free都声明在stdlib.h的头文件中。

通过内存管理形成一个变长数组

源代码：

#include 
#include 
#include 
#pragma warning (disable:4996)
int main()
{
 int n = 0;
 scanf("%d", &n);
 int *p = (int *)malloc(sizeof(int)*n);//在堆上申请n个整型的空间，指针p放的是申请这块内存的起始地址
 if (NULL == p)//申请后必须做判定
 {
  return 1;
 }
 memset(p, 0, sizeof(int)*n);
 int i = 0;
 for (; i < n; i++)  //检测确定形成一个变长
 {
  printf("%d ", p[i]); //指针在访问元素时有两种方案，和数组一样1.使用+值然后解引用。2.使用中括号的方法，但是指针和数组没有关系
 }
 free(p);
 printf("\n");
 system("pause");
 return 0;
} 
//printf("%p\n", p);
 free(p);//free时系统知道要释放多大的空间
 p = NULL;//所以有必要使其指向空
 printf("%p\n", p);  //释放后还指向那块内存空间
 //

说明：
在申请内存时，虽然只申请10个字节，但申请出来的空间要比10个字节大一点，多出来的至少得保存一共要申请多少的空间，即需要将一共有多大的空间记录下来。但是只能使用自己申请的。
1）free之后指针不会清空，需要主动清空。去掉的是指针和堆之间的关系。
2）堆空间在申请时比较适合申请较大内存，多出来的管理信息占的比重就会相对很小。

calloc

C语言还提供了一个函数叫calloc,calloc函数也用来动态分布内存。原型如下：
void *calloc (size_t num,size_t size);
(1)函数的功能是为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把空间的每一个字节初始化为0.
(2)与函数malloc的区别只在于calloc会在返回地址前把申请的空间的每个字节初始化为全0。
举个例子：

#include 
#include 
#include 
#pragma warning (disable:4996)
int main()
{
 int *p = calloc(10, sizeof(int));  //申请10个4字节大小的空间
 if (NULL != p)
 {
  ;  //使用空间
 }
 free(p);
 p = NULL;
 system("pause");
 return 0;
}

所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化时，可以使用calloc函数来完成。

realloc

(1)realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活
(2)有时我们会发现过去申请的空间太小或者太大，为了合理的时候内存，我们需要对内存的大小做灵活的调整。那么realloc函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。
函数原型如下：
void realloc(void ptr,size_t size );
对该函数的说明：
1）ptr时要调整的内存地址
2）size调整之后的新大小
3）返回值为调整之后的内存起始地址
4）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在调整内存空间时存在两种情况：
**情况1：**原有空间之后有足够大的空间
**情况2：**原有空间后没有足够大的空间
情况1时，要扩展内存就是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，即原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法时：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。

测试源代码：

#include 
#include 
#include 
#pragma warning (disable:4996)
int main()
{
char *p =(char *) malloc(400);
 if (NULL == p)
 {
  return 1;
 }
 strcpy(p,"hello world");
 char  *q = realloc(p, 200000);  //新申请一个空间，由指针q指向
 printf("%p %p\n", p, q);
 printf("%s", q);  //证明将p指向的目标拷贝到q指向的目标中
 if (q != NULL)  //如果申请成功
 {
  p = q;  //将q中的地址放到p
 }
 free(p);
 system("pause");
 return 0;
}