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【C语言】动态内存管理

news 来源：原创 2025/5/10 13:12:34

前言

什么是动态内存？

在C语言中，动态内存是指在程序运行时根据实际需求动态分配和释放的内存。与静态内存（在编译时分配，生命周期与程序或函数运行周期相同）不同，动态内存的分配和释放由程序员通过特定的函数手动控制，常用的函数为molloc、free、realloc、calloc，其开辟的空间在堆上

为什么需要动态内存？

int i = 20;
char arr[20];

上面的代码中，是程序在栈上开辟的空间，用于储存变量的，而在栈上开辟的空间有两个特点(都是静态的)：

空间开辟大小是固定的
数组在申明的时候，必须指定数组的长度，数组空间一旦确定了大小不能调整

那么，对于程序员来说，我们有时候只有在程序运行后才知道要开辟多少空间给某个变量，而这些已经写死大小的内存就不符合我们的愿景了，所以我们需要动态内存管理，下面我们就对动态内存管理展开说说！
下面所讲的函数均处于 stdlib.h 库中

一、malloc函数

malloc函数是C语言中一个用来开辟内存的函数

void* malloc(size_t size)

参数：
size： 指定需要分配的内存大小，单位为字节；size_t 是一个无符号整数类型，通常用于表示大小
返回值：
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

注：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

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

int main() {
	int* arr = NULL;
	int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (tmp == NULL) {
		perror("main()::malloc()");
	}
	else {
		arr = tmp;
	}
	free(arr);
	
	return 0;
}

这里我们就使用了malloc开辟了一块大小为40Byte的内存空间

二、calloc函数

calloc函数是C语言中用于动态分配内存的另一个重要函数，它与malloc类似，但在分配内存后会自动初始化为0

void* calloc(size_t num, size_t size);

参数：
num：分配的元素个数
size：每个元素的大小
返回值
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calloc的返回值一定要做检查

malloc 与 calloc 的唯一区别是 calloc 会初始化开辟的空间，用法与 malloc 一样

三、realloc函数

如果我们前面使用了 malloc 或则 calloc 函数开辟了空间，但是我们发现开辟的空间不够用了，还想开辟多一点，或则说发现开辟大了，想缩小，那么我可以使用 realloc 函数，它可以改变之前分配的内存块的大小

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

参数：
ptr：指向之前分配的内存块的指针，如果ptr为NULL，realloc的行为等同于malloc
size：新的内存块的大小（以字节为单位）
返回值：
1. 如果调整成功，返回指向新分配的内存的指针
2. 如果调整失败，则返回一个NULL 指针，原内存块不变

对于realloc调整成功返回的指针，分两种情况：

情况一： 原有内存后面有足够多的剩余空间用于拓展，则在原有的空间后面直接拓展，并返回prt指针
情况二： 原有内存后面没有足够多的剩余空间用于拓展，扩展的方法是： 在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用，这样函数返回的是一个新的内存地址

四、free函数

在C语言的库中，专门提供了一个free函数将开辟出来的动态内存释放掉的，函数原型如下：

void free (void* ptr);

注：

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

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

int main() {
	int* arr = NULL;
	int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (tmp == NULL) {
		perror("main()::malloc()");
	}
	else {
		arr = tmp;
	}

	free(arr);
	return 0;
}