动态内存（malloc、calloc、realloc）详解

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前言

我们在以前开辟空间大小时存在这样的问题：

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能知道，那数组在编译时开辟空间的方式就不能满足了。这时候就只能试试动态存开辟了。

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一、动态内存函数的介绍

1.1 malloc和free

malloc函数原型：

void* malloc (size_t size);

malloc()函数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。

• 如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
• 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。
• 返回值的类型是 void* ，所以malloc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。
• 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，它需要引头文件#include 。malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
• malloc开辟的空间是在堆上申请的。

#include 
#include 
int main()
{
   
	//申请空间
	int *p = (int*)malloc(40);//向内存(堆区)申请40个字节，并强制转换为int*类型
	if (p == NULL)
	{
   
		return - 1;
	}
	//开辟成功
	int i = 0;
	for ( i = 0; i < 10; i++)
	{
   
		*(p + i) = i;//初始化数组元素
	}
	//释放空间
	free(p);//把当前所指的这块空间还给操作系统
	p = NULL;//释放空间之后，p还是指向原地址，所以要将p置为空。
	return 0;
}

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);

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，则函数什么事都不做。

1.2 calloc

calloc原型：

void* calloc (size_t num, size_t size);

• 函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
• 与函数 malloc 的区别只在于：
  malloc 只负责在堆区申请空间，并且返回起始地址，不初始化空间。
  calloc在堆区申请空间，并且初始化为0，返回起始地址。

#include 
#include 
#include 
int main()
{
   
	//申请10个int的空间
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
   
		printf("%s\n", strerror(errno));//输出开辟空间失败原因
		//如果开辟的空间太大，则有可能导致开辟空间失败。比如：int* p = (int*)calloc(100000000, sizeof(int));这样就会导致开辟空间失败。
		return -1;
	}
	//申请成功
	int i = 0;
	for ( i = 0; i < 10; i++)
	{
   
		printf("%d ", *(p + i));//初始化10个元素全为0
	}

1.3 realloc

• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
• 有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，为了合理的使用内存，我们就要对内存的大小做灵活的调整。 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

函数原型：

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

• ptr 是要调整的内存地址。
• size 调整之后新大小。
• 返回值为调整之后的内存起始位置。
• 这个函数在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：原有空间之后没有足够大的空间。

当是情况1 的时候，要扩展内存就直接在原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化。
当是情况2 的时候，原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是：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。

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
   
	//申请10个int的空间
	int* p = (int*)calloc(10,