C语言——动态内存管理（malloc、calloc、realloc、free）

一、动态内存管理库函数介绍

1.为什么存在动态内存管理

我们已经掌握的内存开辟方式有：
在栈空间上开辟内存空间

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
int arr[10] = {0};//在栈空间上开辟连续的是个整形空间，40个字节

在栈空间开辟内存空间的特点：
（1）空间开辟的大小是固定的
（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
（3）对于空间的需求，不仅仅基于以上的情况，有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道，
那数组的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。

2.动态内存管理函数

（a）malloc

下面我们来了解库函数的介绍

1.void* —— 返回值是void* 类型的指针，这里值返回开辟好的内存空间的起始地址，
如果内存开辟失败将会返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要检查
2.size_t  size —— 指的是在开辟size个字节大小连续的内存空间
3.动态内存的开辟都是在堆区上开辟的，使用结束是需要返还给操作系统的

malloc（）函数使用实例

int main()
{
	//使用malloc在堆区开辟40个字节大小的内存空间
	int* arr = NULL;
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("开辟内存失败！\n");
		return;//如果内粗开辟失败直接返回，程序不需要进行下去
	}
	arr = p;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		//给开辟好的内存空间赋值
		arr[i] = i;
	}
	//打印输出
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	free(arr);
	arr = NULL;
	return 0;
}

（b）free

库函数介绍：

1.此函数不需要返回值
2.void* ptr —— 指传入开辟好的内存空间地址
3.上面介绍在堆区上开辟的内粗空间是需要返还操作系统的，C语言当中是有专门回收动态开辟的内存函数——free（），当然，程序结束之后也会自动释放。

free（）函数使用实例：
还是以以上malloc开辟的内存空间为例子

int main()
{
	//使用malloc在堆区开辟40个字节大小的内存空间
	int* arr = NULL;
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		printf("开辟内存失败！\n");
		return;//如果内粗开辟失败直接返回，程序不需要进行下去
	}
	arr = p;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		//给开辟好的内存空间赋值
		arr[i] = i;
	}
	//打印输出
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	free(arr);//这时候我们已经使用完毕，释放内存返还操作系统
	arr = NULL;//此时这块地址已经不属于我们使用，故要将它赋为空指针
	return 0;
}

（c）calloc

库函数介绍：

C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc函数也是用来开辟动态内存分配
（1）void* —— 返回一个void*类型的指针，指的是开辟好的内存的空间的起始地址，
如果内存开辟失败也是会返回一个NULL类型的指针，故函数的返回一定要进行判断
（2）size_t num —— 开辟内存的空间类型（比如int、char等等）的数量
（3）size_t size —— 数据类型的大小，单位为字节
（4）内存的开辟是在堆区上完成的
（5）calloc（）函数与malloc（）函数的区别只在于calloc会返回地址之前把申请的空间的每个字节都初始化为0

calloc（）函数使用实例：

//使用calloc函数的在内存上开辟10个元素整形数组
int main()
{
	int* arr = NULL;
	int* p = (int*)calloc(10, 4);
	if (p == NULL)
	{
		printf("内存开辟失败！\n");
		return;//内存开辟失败直接返回，无须进行下一步
	}
	arr = p;
	//开辟好的内存空间给它赋值
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i;
	}
	//打印输出
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	//释放内存，防止内存泄露
	free(arr);
	arr = NULL;
	return 0;
}

（d）realloc

库函数介绍：

（1）有时我们发现申请的空间过小，有时候发现申请的空间过大，那为了合理的使用内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那realloc（）函数就可以做到对动态开辟的内存大小做出调整。
（2）void* —— 函数返回一个在堆区调整好的内存起始地址
（3）void* ptr —— 用malloc（）函数或者calloc（）函数开辟好的内存的起始地址
（4）size_t size —— 要调整的内存新大小，单位为字节
（5）这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原内存的数据移动到新的空间

realloc（）函数使用实例：

int main()
{
	int* arr = NULL;
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("开辟内存空间失败！");
		return;
	}
	arr = p;
	//给开辟的内存空间赋值
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i;
	}
	//打印输出
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	//当我们的内存不够的时候，用realloc()函数进行调整
	int* ptr = (int*)realloc(p, 20*sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("扩容失败！");
		return;
	}
	arr = ptr;
	//对扩容后的内存继续使用
	for (int i = 10; i < 20; i++)
	{
		arr[i] = i;
	}
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	free(arr);
	arr = NULL;
	return 0;
}

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