【C语言】内存操作篇---动态内存管理----malloc，realloc，calloc和free的用法【图文详解】

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前言

在学完结构体后（结构体1：http://t.csdnimg.cn/ZkBHj结构体2：http://t.csdnimg.cn/rmAwJ）我们要进入新篇章了，内存操作中最关键的一节---动态内存管理，本篇博客将了解malloc，realloc，calloc和free的用法。

一、为什么会有动态内存管理？

二、malloc和free

malloc的介绍和使用

空间回收

free的介绍和使用

三、realloc

realloc的介绍和使用

四、calloc

calloc的介绍和使用

一、为什么会有动态内存管理？

在过去我们向内存中申请空间有两种方式，一是创建变量，二是创建数组

#include<stdio.h>

int main()
{
	int C = 23;//申请四个字节空间
	char c = 'C';//申请1个字节空间
	char CI[10] = "CILMY23";//申请10个字节空间
	return 0;
}

但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
• 空间开辟大小是固定的。
• 数组在声明的时候，必须指定数组的长度，数组空间一旦确定了大小不能调整
我们申请的空间都很固定，没法灵活调整，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，那数组和变量的编译时开辟空间的方式就不能满足了。
C语言引入了动态内存开辟，让程序员自己可以申请和释放空间，就比较灵活了。

二、malloc和free

malloc可以在cplusplus网站查询：malloc - C++ Reference (cplusplus.com)

malloc函数原型如下：

void* malloc (size_t size);

malloc的函数介绍如下：

malloc 的功能如下：

malloc的介绍和使用

malloc函数是头文件stdlib中的，malloc函数是用来向内存申请空间的（在堆区申请），在函数原型中我们可以看到有一个形参size_t size，根据Allocates a block of size bytes of memory, returning a pointer to the beginning of the block，我们知道这个形参是计算空间大小后得出的结果，比如申请40个字节空间，size就等于40.那它最后会返回一个指针，指向这个空间的起始位置，那返回类型是void*，因为我并不知道这段空间会干什么，所以返回void*（不懂可以看http://t.csdnimg.cn/dshm8），当malloc失败后，会返回一个NULL。

使用如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
	// 向内存空间申请40个字节
	//将void*转换成int*类型将其存入指针变量p
	int* p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));

	int i = 0;
	//将i存入开辟的空间
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//将空间中的数值打印
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
}

结果如下：

图解如下：

那如果我们申请失败了呢？那我们就可以用perror来直接打印错误信息。

if (*p == NULL)
{
	perror("malloc");
}

空间回收

malloc是在堆区申请空间的，malloc的空间回收有两种方法，一是free回收，二是程序结束的时候，由操作系统回收我们这里主要讲free回收，首先回顾一下内存的区域，主要由堆区栈区和静态区构成，堆区是动态分配区，像malloc这些，栈区是临时的参数，局部变量和形式参数，静态区主要是全局变量和静态变量。

free的介绍和使用

free函数的原型如下：

void free (void* ptr);

free函数介绍如下：

free的功能和使用案例如下：

free函数是用来释放动态开辟出来的空间，给到地址就能释放地址所指向的位置

free的使用：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
	// 向内存空间申请40个字节
	//将void*转换成int*类型将其存入指针变量p
	int* p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));

	if (*p == NULL)
	{
		perror("malloc");
	}
	int i = 0;
	//将i存入开辟的空间
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//将空间中的数值打印
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}

	free(p);
	p = NULL;
}

我们使用free（），因为我们将p所指向的空间释放了，那p就成了野指针，我们就需要处理野指针，所以将p置空。

总结：

malloc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。

free函数只能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。

三、realloc

realloc函数可以在cplusplus网站查询：realloc - C++ Reference (cplusplus.com)

realloc的原型如下：

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

realloc的函数介绍如下：

realloc的功能和使用案例如下：

realloc的介绍和使用

realloc的参数有void* ptr, size_t size，size就是要调整后的空间大小，ptr则是要调整的空间起始地址。realloc 的调整分两种情况，一种是原地扩，也就是后面的空间足够，如下图所示，未分配的空间加已分配的橙色空间刚好够size，或者小于size，则realloc原地扩

第二种情况是未分配的黑色空间加已分配的橙色空间，超过size后的字节，那realloc会到新的一块未分配区域重新开辟一块空间，来分配原先的字节，并将原来的地址做拷贝，最后返回新的空间地址，并且旧空间会自动释放掉。

realloc的使用：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

	int i = 0;

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}

	//调整申请的堆上内存
	int* tmp = (int*)realloc(p, 40);
	if (tmp != NULL)
	{
		p = tmp;
		tmp = NULL;
	}
	else
	{
		perror("realloc");
	}

	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

总结：

• 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在调整内存空间的是存在两种情况：
◦ 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

四、calloc

calloc函数可以在cplusplus网站查询：calloc - C++ Reference (cplusplus.com)

calloc的原型如下：

void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc的函数介绍如下：

calloc的功能和使用案例如下：

calloc的介绍和使用

calloc的参数是两个，一个是num，一个是大小size，其中一个给数量，一个给大小。calloc和malloc函数最大区别就是，calloc会赋一个初值，每个初值都是0. 使用和malloc是差不多的

使用如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10 ,sizeof(int) );

	int i = 0;

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	printf("\n");
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}

	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}

	free(p);
	p = NULL;
}

结果如下：