这篇将讲解 C 中的动态内存管理。C 语言为内存的分配和管理提供了几个函数。这些函数可以在 <stdlib.h> 头文件中找到。

序号	函数和描述
1	void calloc(int num, int size);在内存中动态地分配 num 个长度为 size 的连续空间，并将每一个字节都初始化为 0。所以它的结果是分配了 numsize 个字节长度的内存空间，并且每个字节的值都是0。
2	void free(void *address);该函数释放 address 所指向的内存块,释放的是动态分配的内存空间。
3	void *malloc(int num);在堆区分配一块指定大小的内存空间，用来存放数据。这块内存空间在函数执行完成后不会被初始化，它们的值是未知的。
4	void *realloc(void *address, int newsize);该函数重新分配内存，把内存扩展到 newsize。

注意：void * 类型表示未确定类型的指针。C、C++ 规定 void * 类型可以通过类型转换强制转换为任何其它类型的指针。

内存模型

对于一个C语言程序而言，内存空间主要由五个部分组成 代码段(text)、数据段(data)、未初始化数据段(bss)，堆(heap) 和 栈(stack) 组成，其中代码段，数据段和BSS段是编译的时候由编译器分配的，而堆和栈是程序运行的时候由系统分配的。布局如下：

栈（stack）

栈（stack）又称堆栈， 是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（但不包括static声明的变量，static意味着在数据段中存放变量）。除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。

由于栈的先进后出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。

从这个意义上讲，我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。注意：栈空间是向下增长的，每个线程有一个自己的栈，在Linux上默认的大小是8M，可以用ulimit查看和修改。

函数内( 包括main()函数 )声明的变量都储存在栈内：

int main(){
	// 整型a，字符b，字符串str都储存在stack内
	int a;
	char b;
	char str[100];
}

特点

栈具有如下特点：

• 运行时自动分配和自动回收： 栈是自动管理的，程序员不需要手工干预，使用起来方便简单。
• 反复使用： 栈内存在程序中其实就是那一块空间，程序反复使用这一块空间。
• 脏内存： 栈内存由于反复使用，每次使用后程序不会去清理，因此分配到时如果没有初始化会保留原来的值。

#include<stdio.h>

//函数不能返回函数内部局部变量的地址，因为这个函数执行完返回这个局部变量已经不在了，这个局部变量是分配在栈上的，虽然不在了，但是栈内存还存在，还可以访问，但是访问时实际上这个内存地址已经和当时那个变量无关了。

int *func(void)
{
	    int a=4;        			//a是局部变量，分配在栈上又叫栈变量，又叫临时变量
		printf("&a=%p\n",&a);
		return &a;
}

int main(void)
{
		int *p=NULL;
		p=func();
		printf("&a=%p\n",&a);		//&a和p的值相同
		printf("*p=%d.\n",*p);		//*p=4，证明了栈内存完了之后是脏的
		return 0;
}

• 临时性： 函数不能返回栈变量的指针，因为这个空间是临时的。
• 栈会溢出： 因为操作系统事先给定了栈的大小，如果在函数中无穷尽的分配栈内存总会消耗完。

//栈溢出的实例
void stack_overflow(void)
{
		int a[100000000]={0};
		a[100000000-1]=12;
}

int main(void)
{
		stack_overflow();           
}
//程序报错：error:Segmentation fault(core dumped) 

堆（heap）

堆（heap） 是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用 malloc 等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用 free 等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）。

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

int main(){
	int *s;
	s = (char *)malloc(20);		// 分配内存
	strcpy(s, "hello!");
	printf("%s\n", s);
	free(s);	// 释放内存
	return 0;
}

特点

堆具有如下特点：

• 大块内存： 堆内存管理是总量很大的操作系统内存块，各进程可以按需申请使用，使用完释放。
• 程序手动申请和释放： 手工意思是需要写代码去申请malloc()和释放free()。
• 脏内存： 堆内存也是反复使用的，而且使用者用完释放前不会清除，因此也是脏的。
• 临时性： 堆内存只在申请malloc()和释放free()之间属于这个进程，可以访问。在申请malloc()和释放free()之后都不能再访问，否则会有不可预料的后果。
• 不可直接操作： 需要通过指针操作。

动态分配内存

编程时，如果预先知道数组的大小，那么定义数组时就比较容易。例如，一个存储人名的数组，它最多容纳 100 个字符，所以可以定义数组，如下所示：

char name[100];

但是，如果预先不知道需要存储的文本长度，例如想存储有关一个主题的详细描述。在这里，我们需要定义一个指针，该指针指向未定义所需内存大小的字符，后续再根据需求来分配内存，如下所示：
实例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
int main()
{
   char name[100];
   char *description;
 
   strcpy(name, "Zara Ali");
 
   /* 动态分配内存 */
   description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char) );
   if( description == NULL )
   {
      fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   }
   else
   {
      strcpy( description, "Zara ali a DPS student in class 10th");
   }
   printf("Name = %s\n", name );
   printf("Description: %s\n", description );
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Name = Zara Ali
Description: Zara ali a DPS student in class 10th

上面的程序也可以使用 calloc() 来编写，只需要把 malloc 替换为 calloc 即可，如下所示：

calloc(200, sizeof(char));

当动态分配内存时，有完全控制权，可以传递任何大小的值。而那些预先定义了大小的数组，一旦定义则无法改变大小。

重新调整内存的大小和释放内存

当程序退出时，操作系统会自动释放所有分配给程序的内存，但是，建议在不需要内存时，都应该调用函数 free() 来释放内存。

或者，可以通过调用函数 realloc() 来增加或减少已分配的内存块的大小。让我们使用 realloc() 和 free() 函数，再次查看上面的实例：
实例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
int main()
{
   char name[100];
   char *description;
 
   strcpy(name, "Zara Ali");
 
   /* 动态分配内存 */
   description = (char *)malloc( 30 * sizeof(char) );
   if( description == NULL )
   {
      fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   }
   else
   {
      strcpy( description, "Zara ali a DPS student.");
   }
   /* 假设想要存储更大的描述信息 */
   description = (char *) realloc( description, 100 * sizeof(char) );
   if( description == NULL )
   {
      fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   }
   else
   {
      strcat( description, "She is in class 10th");
   }
   
   printf("Name = %s\n", name );
   printf("Description: %s\n", description );
 
   /* 使用 free() 函数释放内存 */
   free(description);
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Name = Zara Ali
Description: Zara ali a DPS student.She is in class 10th

可以尝试一下不重新分配额外的内存，strcat() 函数会生成一个错误，因为存储 description 时可用的内存不足。