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动态分配
意义
动态分配与静态分配内存的异同于优缺点
何时需要动态分配
动态分配函数
malloc
calloc
realloc
三者的异同
数组中的动态分配
结构体中的动态分配
链表中的动态分配
正文
动态分配
意义
在计算机科学中, 动态内存分配（Dynamic memory allocation）又称为堆内存分配，是指计算机程序在运行期中分配使用内存。它可以当成是一种分配有限内存资源所有权的方法。
动态分配的内存在被程序员明确释放或垃圾回收之前一直有效。与静态内存分配的区别在于没有一个固定的生存期。这样被分配的对象称之为有一个“动态生存期”。
动态分配的意义是为了让程序能够根据运行时的需要，灵活地分配和释放内存空间，以提高内存利用率和程序的功能性。动态分配可以解决以下问题：
当程序运行时，无法确定变量（如数组、结构体、链表等）的大小或个数时，静态分配的内存空间可能不够或浪费，而动态分配可以根据实际情况分配合适的空间。
当程序运行时，需要频繁地创建和销毁变量时，静态分配的内存空间可能造成内存碎片或不足，而动态分配可以及时释放不用的空间，避免内存泄漏。
当程序运行时，需要将变量的生命周期延长到函数调用结束后时，静态分配的局部变量会在函数返回时被销毁，而动态分配的变量可以保持有效，直到被释放。
动态分配与静态分配内存的异同于优缺点
动态分配与静态分配的异同与优缺点如下：
异：
静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配是程序运行时由程序员通过函数（如malloc、calloc等）进行分配。
静态分配的内存空间是在栈上分配的，生命周期和作用域受函数限制。动态分配的内存空间是在堆上分配的，生命周期和作用域由程序员控制。
静态分配的内存空间是连续的，大小和个数在编译时确定。动态分配的内存空间是不连续的，大小和个数在运行时确定。
同：
静态分配和动态分配都是为了给变量或数据结构分配内存空间，以便存储数据和信息1。
静态分配和动态分配都需要遵循一些规则和约束，以保证程序的正确性和安全性。
优缺点：
静态分配的优点是简单、快速、安全，不需要手动管理内存空间。缺点是浪费内存空间，不能适应程序运行时的变化。
动态分配的优点是节省内存空间，能适应程序运行时的变化，能创建复杂的数据结构。缺点是复杂、慢速、危险，需要手动管理内存空间。
何时需要动态分配
动态分配内存的目的是为了节省内存空间，提高内存利用率，以及适应程序运行时的不确定性1。一般来说，以下情况需要动态分配内存：
当程序运行时，无法确定变量（如数组、结构体、链表等）的大小或个数时，需要动态分配内存来根据实际情况分配合适的空间。
当程序运行时，需要频繁地创建和销毁变量时，需要动态分配内存来避免静态分配的内存浪费或不足。
当程序运行时，需要将变量的生命周期延长到函数调用结束后时，需要动态分配内存来保持变量的有效性。
但是需要注意的是，动态分配由他的好处，同时也有一些弊端：
动态分配内存的好处和坏处如下：
好处：
可以根据程序运行时的需要，灵活地分配和释放内存空间，提高内存利用率。
可以创建一些复杂的数据结构，如链表、树、图等，实现更多的功能。
可以将变量的生命周期延长到函数调用结束后，避免局部变量的作用域限制。
坏处：
需要手动管理内存空间，容易出现内存泄漏、内存碎片、内存溢出等问题。
动态分配的内存空间通常不连续，可能影响程序的性能和效率。
动态分配的内存空间可能被其他程序或进程占用或修改，导致程序出错或崩溃
动态分配函数
malloc
头文件：
#include <stdlib.h>
语法格式：
void *malloc(size_t size);
用法举例：
#include <stdlib.h> int main() { int *ptr; int n; // 动态分配内存空间 ptr = (int*) malloc(sizeof(int) * n); // 输出动态分配的内存空间大小 printf("Dynamically allocated memory size: %d\n", n); // 输出动态分配的内存空间地址 printf("Dynamically allocated memory address: %p\n", ptr); // 输出动态分配的内存空间指针 printf("Dynamically allocated memory pointer: %p\n", ptr); // 释放动态分配的内存空间 free(ptr); return 0; }
calloc
头文件：
#include <stdlib.h>
语法格式：
其中，num 表示要分配的元素个数，size 表示每个元素的大小。
void* calloc(size_t num, size_t size);
用法举例：
在这个例子中，calloc 函数接受两个参数，num 表示要分配的元素个数，size 表示每个元素的大小。函数返回一个指向分配起始地址的指针，如果分配不成功，则返回 NULL。
其中，num 表示要分配的元素个数，size 表示每个元素的大小。
注意：
calloc 函数在分配内存时会先检查分配的内存大小是否足够，如果不足，则会抛出 malloc 函数的 malloc_error 异常。因此，在使用 calloc 函数时，需要确保分配的内存大小足够，否则可能会导致程序崩溃或产生不可预测的行为。
realloc
头文件：
#include <malloc .h>
语法格式：
其中，ptr 是要重新分配内存空间的指针，size 是要分配的内存块的大小。realloc() 函数会在程序运行时动态计算需要分配的内存大小，并返回一个指向动态分配的内存块的指针。如果在分配内存时发生错误，realloc() 函数将返回一个空指针。
void *realloc(void *ptr, size_t size);
三者的异同
相似之处：
malloc和calloc都可以用于分配动态内存空间，并且都需要传入两个参数，第一个参数是要分配的元素个数，第二个参数是每个元素的大小。
malloc和calloc都会将分配的内存空间初始化为0，如果分配的内存原来已经被分配过，则其中可能会遗留有各种各样的数据。
malloc和calloc都可以用于分配指定大小的内存空间，并且返回类型都是void*。
不同之处：
malloc是从系统堆上分配内存的，而calloc和realloc都是在程序运行时动态分配内存空间的。
malloc返回的是指向动态分配内存空间的指针，而calloc和realloc返回的是指向分配的内存空间的指针。
malloc和calloc都可以用于扩大或缩小分配的内存空间，而realloc只能用于扩大分配的内存空间。
malloc和calloc的参数类型不同，malloc接受的是unsigned int类型的参数，而calloc和realloc接受的是size_t类型的参数。
malloc和calloc都需要对返回值进行判空，而realloc不需要。
malloc是一个标准库函数，而calloc、realloc和realloc都是第三方库函数。
数组中的动态分配
声明一个指针或指向指针的指针，作为动态数组的起始地址。
使用 malloc() 或 calloc() 函数为数组分配内存空间，根据数组的维数和元素类型确定所需的字节数。
使用循环或其他方式来为数组中的每个元素进行赋值和访问，注意使用下标或指针运算符。
使用 free() 函数释放数组所占用的内存空间，避免内存泄漏。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int *array = NULL; // 声明一个整型指针 int len = 10; // 数组长度 array = (int *)malloc(len * sizeof(int)); // 为数组分配内存空间 if (array == NULL) // 检查是否分配成功 { printf("动态申请内存失败！\n"); exit(1); } for (int i = 0; i < len; i++) // 为数组赋值 { array[i] = i + 1; } for (int i = 0; i < len; i++) // 打印数组元素的值和地址 { printf("array[%d] = %d, &array[%d] = %p\n", i, array[i], i, &array[i]); } free(array); // 释放数组内存 return 0; }
结构体中的动态分配
在上面的代码中，我们定义了一个Point结构体，它包含两个整型变量x和y。然后，我们使用malloc函数动态分配了一个大小为2的Point类型的内存空间，并将其地址赋值给指针变量p.z。最后，我们输出了动态分配的内存空间的大小、地址和指针。
#include <stdio.h> typedef struct { int x; int y; } Point; int main() { Point p; p.x = 10; p.y = 20; // 动态分配内存空间 p.z = (Point*) malloc(sizeof(Point) * 2); // 输出动态分配的内存空间大小 printf("Dynamically allocated memory size: %d\n", sizeof(Point) * 2); // 输出动态分配的内存空间地址 printf("Dynamically allocated memory address: %p\n", p.z); // 输出动态分配的内存空间指针 printf("Dynamically allocated memory pointer: %p\n", p.z); // 释放动态分配的内存空间 free(p.z); return 0; }
链表中的动态分配
在上面的代码中，我们定义了一个Node结构体，它包含一个整型变量data和一个指向下一个节点的指针next。然后，我们使用createNode函数动态分配了一个大小为2的Node类型的内存空间，并将其地址赋值给指针变量p.z。最后，我们输出了动态分配的内存空间的大小、地址和指针。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef struct Node { int data; struct Node* next; } Node; Node* createNode(int data) { Node* newNode = (Node*) malloc(sizeof(Node)); newNode->data = data; newNode->next = NULL; return newNode; } void printList(Node* head) { while (head != NULL) { printf("%d ", head->data); head = head->next; } printf("\n"); } int main() { Node* head = createNode(1); head->next = createNode(2); head->next->next = createNode(3); head->next->next->next = createNode(4); printList(head); // 动态分配内存空间 head->next->next->next = createNode(5); printList(head); return 0; }
