C语言动态内存开辟详解（malloc，calloc，realloc，free，柔型数组）

一、概述

Q：为什么需要动态内存分配？
A：使用这两种方式开辟内存的大小是固定的:

int val = 20;   //在栈上开辟4个字节的空间
char arr[10] = {0};   //在栈上开辟10个字节的连续空间

另外，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，当所需空间的大小在程序运行时才能知道，也就无法事先开辟一块空间了，这时候就需要动态内存开辟。

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二、相关库函数的使用

注：以下均需包含

1.malloc

void* malloc (size_t size);

使用：

#include 
#include 
int main()
{
	int* ptr = (int*)malloc(40);
	if (ptr == NULL)     //务必判断是否开辟成功，否则退出并报错
	{
		perror("malloc"); 
		//或printf("%s",strerror(errno));  
		//strerror头文件是   errno头文件是
		//直接打印用perror，如果只需要获得错误码不需要打印就使用strerror(errno)
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(ptr + i));
	}
	//必不可少的使用后free 和 NULL置空
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	return 0;
}

易错：1.忘记判断NULL 2.忘记free和指针置空
free只是释放（返还）空间,但不会将其置为空指针，为了防止它是野指针、防止内存泄漏,需要手动置为空指针
注：free不释放等程序结束也能自动回收内存空间

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2.calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

使用：

#include 
#include 
int main()
{
	int* ptr = calloc(10, 4);
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(ptr + i));
	}
	free(ptr);
	ptr = NULL;
	return 0;
}

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malloc vs. calloc 异同

1.相同之处：

1.无符号整形(size_t)是要开辟内存的大小，以字节为单位
2.返回值void*表示适用于所有类型的指针来接收，并且需要强制类型转换来适应所要接受的类型指针
3.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，因此对malloc、calloc以及realloc的返回值一定要做检查
   (例如设置一个指针来存放返回的地址，判断是否为NULL，是NULL返回错误信息
   如果不为NULL，再使用要使用的指针来存放，这样可以避免本身要使用的指针值改变)。
4.如果参数 size 为0，标准是未定义的，取决于编译器。

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2.不同点

1.malloc开辟的空间是未初始化的，calloc会默认初始化为0，单位为字节
2.calloc中num参数表示要开辟num个size大小的字节,
比如calloc(3,4)； 表示开辟3个大小为4个字节的内存,可以使用在数组中
3.相比于malloc，calloc的初始化更精确可控一些，建议使用calloc

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3.free的使用

void free (void* ptr);

使用malloc等动态内存开辟相关库函数时一定配合free使用，先free()后把指针置空，避免内存泄漏和野指针。

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4.realloc

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

1.ptr 是要调整的内存地址
2.size 调整之后新大小
3.返回值为调整之后的内存起始位置。
使用：

#include 
#include 
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
 
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");
		return 1;
	}
 
	//realloc从新分配大小为20个字节
	int* ptr = (int*)realloc(p, 20 * sizeof(int));
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;
	}
 
	//free释放
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

总结：realloc开辟空间，后面空间足够时还是用原首地址，扩容(直接追加)；若空间不足，则会开辟一块新的空间，（一块连续的空间），把原来的内容拷贝到新的地址内，此时地址改变。如果找不到合适的空间来调整大小，则返回空指针。所以一般不用原来的指针变量来接收值,防止值被改变。

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三、易错点

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四、C\C++程序的内存开辟规则

C/C++程序内存分配的几个区域

1. 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2. 堆区（heap）：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由系统自动回收 。
3. 数据段（静态区）（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

实际上，普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。
但被static修饰的变量则存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序结束才销毁,所以生命周期变长了。

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五、柔性数组

1.定义：在C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做『柔性数组』成员。

typedef struct st_type
{
 int i;
 int a[0];//柔性数组成员    (若无法编译，可改为int a[];)
}type_a;

2.特点：

• 结构中的柔性数组成员前面必须有至少一个其他成员。
• sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。
• 包含柔性数组成员的结构用malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。

3.使用：

//代码1
int i = 0;
type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));
//业务处理
p->i = 100;
for(i=0; i<100; i++)
{
 p->a[i] = i;
}
free(p);

注意：对有柔型数组的结构体动态开辟时，要用sizeof() + —(100 * sizeof(int))的形式来分配大小
4.优点
使用柔型数组的好处是方便内存释放，一次性分配内存，例如用指针动态开辟时可能忘记释放两次，而用柔型数组做一次free就可以把所有的内存释放掉。
其次，有利于提高访问速度，因为是内存的开辟是连续的，也有益于减少内存碎片(没有被使用的一些内存)。

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※推荐阅读※
C语言结构体里的成员数组和指针