【C语言进阶深度学习记录】三十三 C语言中动态内存分配

缺乏、安全感 2022-03-15 12:58 259阅读 0赞

> 如何在程序运行的时候动态给程序分配内存？

> ### 文章目录 ###
> 
>  *   *  1 动态内存分配的意义
>      *   *  1.1 C语言中如何动态申请内存空间
>          *  1.2 malloc和free的用法
>          *  1.3 calloc与realloc
>          *   *  1.31 calloc和realloc的代码案例分析
>      *  2 总结

## 1 动态内存分配的意义 ##

在C语言中，一切操作都是基于内存的。变量和数组名都是内存别名。但是它们的内存分配却是在编译期间由编译器决定的。定义数组的长度的时候，必须指定长度，这是在编译期间就要确定的。

但是，需求总是有的。比如当我们无法在编译期间确定到底需要多大的内存块，此时就无法定义数组的大小（或者定义的数组大小不够）。此时就需要在运行的时候根据实际的情况（比如根据输入的数据的大小），来动态的申请内存空间，然后让数组（指针）指向这块新申请的内存。

这就是动态内存分配的意义。

### 1.1 C语言中如何动态申请内存空间 ###

*  malloc和free用于动态申请内存和释放内存

它们的操作对象是堆空间内存（内存池）如下图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9seXktMDIxNy5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

> 注意：malloc和free必须是成对出现的，这样可以避免内存泄露。关于内存泄露，后面还有文章进行学习。

### 1.2 malloc和free的用法 ###

malloc和free的函数定义如下：

![在这里插入图片描述][20190302214429404.png_pic_center]

*  malloc所分配的是**一块连续的内存**，参数size是所分配的内存字节数。
 *  malloc的返回值是void\* ，具体使用的时候需要做强制类型转换
 *  free用于将申请的动态内存归还给系统

关于malloc和free，有以下几点需要注意：

1.  malloc和free是**库函数**，不是系统调用
2.  malloc实际分配的内存，可能比请求的多。这是因为CPU访问内存是按照一种内存对齐的方式来访问的。所以一般申请的内存都是对齐内存的整数倍
3.  当请求的动态内存无法满足的时候，malloc返回NULL
4.  当free的**参数为NULL**的时候，函数直接返回。
5.  malloc申请的动态内存中的数据是随机值，不会被初始化为0

至于malloc和free的用法，在前面的文章已经学会使用了，这里不再给出例子，直接看前面的文章吧：[二维数组与二维指针][Link 1]

以及在后面的文章中，会给出一个内存泄露检测模块，来巩固malloc与free的使用。自行去后面的文章查看。

### 1.3 calloc与realloc ###

函数原型为;

![在这里插入图片描述][20190302223902422.png_pic_center]

*  calloc的参数：num个类型长度为size的内存空间大小。也就是申请的内存的类型信息（大小和类型）
 *  calloc会将申请的内存空间初始化为0
 *  realloc用于**修改**原先**已经分配**的内存块大小
    
    1.  当realloc的第一个参数pointer为NULL时，realloc相当于malloc
    2.  realloc一般是重新找一块新的内存块进行分配，而不是在原有的内存的结尾增加。

#### 1.31 calloc和realloc的代码案例分析 ####

*  代码：38-2.c

#include <stdio.h>
    #include <malloc.h>
    
    #define SIZE 5
    int main() {
        
    
    	int  i = 0;
    	int* pI = (int*)malloc(SIZE * sizeof(int));
    	short* pS = (short*)calloc(SIZE, sizeof(short));
    
    	for (i = 0; i < SIZE; i++) {
        
    		printf("pI[%d] = %d, pS[%d] = %d\n", i, pI[i], i, pS[i]);
    	}
    
    	printf("Before: pI = %p\n", pI);
    
    	pI = (int*)realloc(pI, 2 * SIZE * sizeof(int));
    
    	printf("After: pI = %p\n", pI);
    
    	for (i = 0; i < 10; i++) {
        
    		printf("pI[%d] = %d\n", i, pI[i]);
    	}
    
        printf("\n");
    	pS = (short*)realloc(pS, 2 * SIZE * sizeof(short));
    	for (i = 0; i < 10; i++) {
        
    		printf("pS[%d] = %d\n", i, pS[i]);
    	}
    	free(pI);
    	free(pS);
    
    	return 0;
    }

*  上述代码运行结果：

Linux下gcc 4.4.5编译：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9seXktMDIxNy5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

Windows下 VS 2017运行如下:

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9seXktMDIxNy5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

*  分析：

1.  首先代码很很简单。无非就是使用了malloc，calloc和realloc三个函数。其中我们可以看到，在Linux下的gcc4.4.5编译器将malloc申请的内存的内容也都是0，并不是随机值。但是这只是巧合或者gcc编译器优化了而已。在windows下的vs2017编译器就很明显，malloc申请的内存的内容都是随机值
2.  根据两个结果，可知道，使用realloc后，内存的地址变了，也就是说realloc是重新选择一块内存进行分配，并不是在原有的内存空间结尾增加
3.  也可以看到不管是在linux下还是在windows下，calloc申请的内存的内容都被初始化为0了
4.  从windows下的编译运行结果来看，使用realloc对之前使用calloc申请的内存重新分配内存后，原有的内容不变，但是新添加的内容并不是0，而是随机值，这个也要注意。

> 所以最终总结为：只有calloc胡为分配的内存的内容初始化为0，malloc和realloc都是随机值。

## 2 总结 ##

*  动态内存分配使得程序在需要的时候有机会获得更大的内存
 *  malloc单纯的从系统中申请**固定字节大小**的内存。内存中的内容是随机值
 *  calloc 申请的内存的内容被初始化为0
 *  realloc用于重置内存的大小。但是是重新在堆空间中选一块内存而不是在原有的内存后面增加。并且，重置的内存中，原有的内容不变，但是如果内存变大，多余的部分的内存的内容是随机值。
 *  注意上述三者函数的参数与返回类型
 *  学会使用上述三者函数

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[Link 1]: https://lyy-0217.blog.csdn.net/article/details/87970148#32__160
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