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C++学习笔记 | malloc calloc realloc的作用以及区别

news 来源：原创 2025/7/1 0:50:10

malloc、calloc 和 realloc 均为用于动态内存分配的标准库函数

1. `malloc`

malloc 函数的作用是在内存的堆区分配指定字节数的连续内存空间，不过它不会对分配的内存进行初始化，也就是说，这块内存中的内容是未定义的。

函数原型：

void* malloc(size_t size);

参数 size 代表要分配的内存字节数，若分配成功，函数会返回一个指向分配内存起始地址的指针；若分配失败，则返回 NULL。

示例代码：

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

int main() {
    int *ptr;
    // 分配4个int类型大小的内存空间
    ptr = (int*)malloc(4 * sizeof(int)); 
    if (ptr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }
    // 使用分配的内存
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        ptr[i] = i;
    }
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    printf("\n");
    // 释放内存
    free(ptr);
    return 0;
}

2. `calloc`

calloc 函数的作用同样是在内存的堆区分配内存，与 malloc 不同的是，它会把分配的内存初始化为 0。

函数原型：

void* calloc(size_t num, size_t size);

参数 num 表示要分配的元素个数，size 表示每个元素的大小。若分配成功，函数会返回一个指向分配内存起始地址的指针；若分配失败，则返回 NULL。

示例代码：

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

int main() {
    int *ptr;
    // 分配4个int类型大小的内存空间，并初始化为0
    ptr = (int*)calloc(4, sizeof(int)); 
    if (ptr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }
    // 使用分配的内存
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    printf("\n");
    // 释放内存
    free(ptr);
    return 0;
}

3. `realloc`

realloc 函数的作用是对已分配的内存块大小进行调整，它可以扩大或者缩小已分配的内存空间。

函数原型：

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

参数 ptr 是指向之前分配内存的指针，size 是调整后内存的新大小。若 ptr 为 NULL，realloc 的行为和 malloc 一样；若 size 为 0，realloc 会释放 ptr 指向的内存，并返回 NULL。若分配成功，函数会返回一个指向新分配内存起始地址的指针；若分配失败，则返回 NULL。

示例代码：

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

int main() {
    int *ptr;
    // 分配2个int类型大小的内存空间
    ptr = (int*)malloc(2 * sizeof(int)); 
    if (ptr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }
    // 使用分配的内存
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        ptr[i] = i;
    }
    // 调整内存大小为4个int类型大小
    ptr = (int*)realloc(ptr, 4 * sizeof(int)); 
    if (ptr == NULL) {
        printf("内存重新分配失败\n");
        return 1;
    }
    // 使用调整后的内存
    for (int i = 2; i < 4; i++) {
        ptr[i] = i;
    }
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    printf("\n");
    // 释放内存
    free(ptr);
    return 0;
}

区别总结

初始化：malloc 分配的内存不会被初始化，其内容是未定义的；而 calloc 会把分配的内存初始化为 0。
参数：malloc 只需要一个参数，即要分配的内存字节数；calloc 需要两个参数，分别是元素个数和每个元素的大小；realloc 需要两个参数，分别是指向已分配内存的指针和调整后内存的新大小。
用途：malloc 适用于需要分配内存但不需要初始化的场景；calloc 适用于需要分配内存并初始化为 0 的场景；realloc 适用于需要调整已分配内存大小的场景。

分配空间后是否初始化的影响

未初始化的影响（如 `malloc`）

当使用 malloc 分配内存时，分配的内存块中的内容是未定义的。这意味着内存块中可能包含之前使用该内存区域时遗留下来的数据，这些数据是随机的，可能会导致程序出现难以调试的问题。

例如，如果你使用 malloc 分配一个整数数组，然后直接使用该数组中的元素，而没有对其进行赋值操作，那么这些元素的值将是不确定的。

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

int main() {
    int *arr = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }
    // 未初始化直接使用
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    free(arr);
    return 0;
}

在这个例子中，arr 数组中的元素值是不确定的，每次运行程序可能会得到不同的输出结果。这可能会导致程序出现逻辑错误，因为你可能会基于这些随机值进行后续的计算或判断。

初始化的影响（如 `calloc`）

当使用 calloc 分配内存时，它会将分配的内存块中的所有字节都初始化为 0。这使得内存块中的内容是可预测的，避免了使用未初始化数据带来的潜在问题。

例如，如果你使用 calloc 分配一个整数数组，那么数组中的所有元素都会被初始化为 0。

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

int main() {
    int *arr = (int *)calloc(5, sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }
    // 已初始化为0
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    free(arr);
    return 0;
}

在这个例子中，arr 数组中的所有元素都会被初始化为 0，这样你就可以直接使用这些元素，而不用担心它们的值是不确定的。