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前言

本篇文章介绍c语言中实现动态内存管理的库函数，比如malloc()、free()、calloc()、realloc()

一、什么是动态内存分配？

在一般情况下，通过以下方式开辟内存空间

	int var = 20;  //在栈空间开辟4个字节的
	char str[10] = {0}; //在栈空间开辟10个字节连续的空间

上面开辟空间的方式有两个特点：

1. 开辟空间的大小是固定的，不可变的
2. 在栈中开辟，并且在编译时分配空间

当需要在程序运行过程中才能知道所有空间的大小时，这时候就需要动态内存分配。
动态内存分配是指在程序运行过程中，可以动态地向操作系统申请内存空间。
在c语言中，可以借助malloc()、free()、calloc()、realloc()这几个库函数实现动态内存的管理。

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二、malloc()和free()

2.1 malloc()介绍

下面是cplusplus网站关于malloc()函数的介绍，如下：

作用：申请size个字节内存空间
说明：

• 申请size个字节的空间
• 分配的内存空间是没有经过初始化的，存储的是不定值

返回值说明：

1. 如果传入的参数size为0，返回值为的标准未定义，由实现的编译器决定。
2. 如果申请成功，返回这块内存空间的起始位置的指针，类型为void*，可以通过强制类型转换为期望解引用的类型
3. 如果申请失败，返回一个空指针NULL

2.2 malloc()的使用

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
int main()
{
	//申请40个字节
	int* p = (int*)malloc(40);

	//判断申请是否成功
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用空间
	int i = 0;
	int sz = 40 / sizeof(int);
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//打印
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	//使用完之后，释放空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

2.3 free()介绍

下面是cplusplus网站关于free()函数的介绍，如下：

作用：释放通过malloc()、calloc()、realloc()函数申请的空间
说明：

• 如果ptr不是指向由malloc()、calloc()、realloc()申请的空间，那么释放时会引起未定义
• 如果ptr为空指针，那么这个函数什么也不做。
• 释放ptr指向的空间时，ptr本身的值不会被改变，即ptr依然会指向被释放的空间。所以，在释放ptr指向的空间后，应将ptr置为空指针。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
int main()
{
	//申请40个字节
	int* p = (int*)malloc(40);

	//判断申请是否成功
	if (NULL == p)
	{
		printf("%s", strerror(errno));
		return 1;
	}
	//使用空间
	int i = 0;
	int sz = 40 / sizeof(int);
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//使用完之后，释放空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

通过vs的内存监视查看（未释放前）

利用free()释放p指向的空间后

通过结果得出，free(p)释放p指向的空间后，p的指向没有改变，为了避免越界访问，因此可以将p = NULL

三、calloc()

3.1 calloc()介绍

下面是cplusplus网站关于calloc()函数的介绍，如下：

作用：申请一块num个size字节大小的连续空间。
说明：

• 与malloc()不同之处的是，calloc()会在申请成功后，将每个字节初始化为0
• 如果传入的参数size为0，返回值为的标准未定义，由实现的编译器决定，且返回值不可解引用。
• 如果申请成功，返回这块内存空间的起始位置的指针，类型为void*，可以通过强制类型转换为期望解引用的类型
• 如果申请失败，返回一个空指针NULL

3.2 calloc()使用

申请10个int大小的空间（10*sizeof(int)个字节）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
//申请10个int的空间
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));

	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}

	//释放空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

通过vs的内存监视查看

calloc()申请成功后，将每个字节初始化为了0，也可利用malloc()+memset()实现。

四、realloc()

4.1 realloc()介绍

下面是cplusplus网站关于realloc()函数的介绍，如下：

作用：将ptr指向的内存块的大小改变为size个字节大小
说明：

• 如果ptr是一个空指针，那么realloc()的作用与malloc()一样，都是申请size个字节大小的连续内存
• realloc()申请内存时，申请得到的内存分为两种情况（扩容：申请大于ptr指向的内存大小
  假设ptr指向的内存块大小为40个字节，现扩容到80个字节：

1. 在ptr指向的内存块后面直接扩容
   

2. 开辟一块大小为size的新空间
   
   在这种情况下，在扩容成功后，会将原始内存的内容拷贝到扩容内存中，然后释放原始内存。

4.2 realloc()使用

1. 传入空指针
   
2. 扩容

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main()
{
	//申请10个int的空间
	int* p = (int*)malloc(10*sizeof(int));

	if (NULL == p)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	memset(p, 0, 40);
	//扩容将p指向的内存块扩容到80个字节
	int* pp = (int*)realloc(p, 80);

	if (pp != NULL)
	{
		p = pp;
		pp = NULL;

	}
	//释放p
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

通过vs的内存监视查看内存情况

p和pp指向的空间不相同，说明此次扩容是在新的内存上开辟；同时，pp的前40个字节的内容和p的40个字节的内容是相同的，说明新扩容的内存将原始内存的内容进行了拷贝。

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总结

本篇文章介绍了在c语言中实现动态内存管理的四个库函数，malloc()、free()、calloc()、realloc()。