【C语言】:动态内存管理函数malloc,calloc,realloc和free的介绍的介绍

简介: 【C语言】:动态内存管理函数malloc,calloc,realloc和free的介绍的介绍

动态内存开辟函数malloc,calloc,realloc和free


我们在向内存申请空间时,一般有如下几种方式:

//第一种:
int  main()
{
int a=10;//申请4个字节,一小块一小块申请
}
//第二种
int main()
{
int arr[10];//申请40个字节,一大块一大块申请
}

这两种方式开辟的空间是固定的,不能变化的。但是对于空间的需求,不仅仅是上述情况,有时候我们需要的空间大小在运行程序的时候才知道。

接下来介绍动态内存函数malloc,calloc,realloc和free,以满足我们对内存的需要。

动态申请的内存在内存的堆区

注意:他们都是库函数,使用时需要引用头文件<stdlib.h> !!!

1.malloc和free函数

首先介绍动态内存开辟函数malloc和free

函数原型为:void *malloc(size_t size)

参数:需要开辟的空间大小,单位字节。

这个函数向内存申请一块连续可用的空间,并返回指向这块空间的指针(这块空间的首地址)。

  1. 如果开辟成功,则返回一个指向开辟好空间的指针
  2. 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。
  3. 返回类型是void*,所以这个函数不知道开辟空间的类型,具体使用时强制类型转换成需要的类型。

free函数是与malloc,calloc,realloc匹配使用的函数,在程序结束时用来释放开辟的空间,防止内存泄漏。

函数原型为:void free( void *p );

意思是释放p所指向的空间。

注意:free必须释放的是动态开辟出来的空间!!

以下是他们的使用方法:

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "errno.h"
int main()
{
int arr[10]={0};
int *p=(int*)malloc(40);//向堆区开辟了40个字节
//int *p(int*)malloc(INT_MAX+1);//开辟失败时
//判断,检查,防止开辟失败
if(p==NULL)
{
printf("%S\n",strerror(errno));//提示错误信息
return 1;//结束运行
}
//使用
int i=0;
for(i=0;i<13;i++)
    {
*(p+i)=i;
   }
//打印
for (i = 0; i < 13; i++)
  {
    printf("%d ", *(p + i));
  }
//释放
free(p);
//此时只是释放了开辟的40个字节,但是变量p内仍然保留原地址,如果这时有人使用了p,这时p是十分危险的,这是一个野指针!!所以要把p置空。
p=NULL;
return 0;
}

开辟成功时运行结果是:

开辟失败时运行的结果是:

2.calloc函数

接下来介绍另一个动态内存开辟函数calloc

函数原型为:void *calloc(size_t num,size_t size)

参数是:开辟类型的个数,开辟类型的大小。

这个函数向内存申请一块连续可用的空间,并返回指向这块空间的指针(这块空间的首地址)。

  1. 功能是为num个大小为size的元素开辟一块空间,并且空间里每个字节自动初始化为0。
  2. 与函数malloc的区别只在于calloc会在返回地址之前把申请空间里的每个字节初始化为0。

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calloc的返回值也要做检查。

返回类型是void*,所以这个函数不知道开辟空间的类型,具体使用时强制类型转换成需要的类型。

使用方法如下:

#include "stdio.h"
#include "stdilb.h"
#include "string.h"
#include "errno.h"
//开辟10个整型空间
int *p=(*int)calloc(10,sizeof(int));
//检查判断
if(p==NULL)
{
printf("%s\n",strerror(errno));
return 1;
}
//使用
int i=0;
for(i=0;i<10;i++)
{
*(p+i)=i;
}
//打印
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",*(p+i));
}
//使用完后要释放
free(p);
p=NULL;
return 0;

成功开辟运行后的结果是:

验证其开辟空间后自动初始化为0的代码是:

int main()
{
  int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
  if (p == NULL)
  {
    printf("%s\n", strerror(errno));
    return 1;
  }
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d ", *(p + i));
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

运行后的结果是:

3.realloc函数

最后介绍动态内存调整函数realloc

函数原型:void realloc(void ptr,size_t size)

参数:ptr是要调整的内存地址,size是调整之后的新大小

如果调整成功,则返回一个指向调整后空间的指针

如果调整失败,则返回一个NULL指针,因此calloc的返回值也要做检查。

返回类型是void*,所以这个函数不知道开辟空间的类型,具体使用时强制类型转换成需要的类型。

  1. 返回值为调整之后的内存起始位置
  2. 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。
  3. realloc在调整内存空间时存在两种情况:

    如上图所示,
    情况1为在调整内存空间大小时后面的内存被占用,此时不会再向后调整以致覆盖被占用的内存,而是会重新寻找一块大小合适的内存进行调整,这时ptr指向的是调整后新内存的地址,并且原空间里的数据会自动复制到新空间,原空间也会自动销毁。
    情况2是在调整内存空间大小时后面的内存足够,此时直接调整即可。

使用方法如下:

int main()
{
  int* p = (int*)malloc(40);
  
  if (p == NULL)
  {
    printf("%s\n", strerror(errno));
    return 1;
  }
//使用
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    *(p + i) = i + 1;
  }
  //扩容
  int* ptr = (int*)realloc(p, 80);//不要直接使用p接收,防止调整失败
  if (ptr != NULL)
  {
    p = ptr;
  }
  for (i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d ", *(p + i));
  }
  free(p);
  p = NULL;
  return 0;
}

调整成功后的运行结果是:


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