C语言动态分配内存

动态存储分配

• C语言的数据结构通常是固定大小的，即使是变长数组，虽然其长度在运行时确定，但在其声明周期时依然是固定长度的。

• 动态存储分布即是在程序执行期间分配内存，可以根据需要扩大或缩小数据结构。

• 动态存储分布只要用于字符串、数组和结构，通常应用于构建表、树等其它数据结构。

内存分配函数

• 以内存声明函数通过<stdlib.h>获取。

  • malloc：分配内存块，但不对内存块进行初始化——更高效

    void *malloc(size_t size);

  • calloc：分配内存块，并对内存块清零

    void *calloc(size_t num, size_t size);

  • realloc：调整先前分配的内存块大小

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

• 内存分配函数返回一个通用指针类型void *， 存储着指向内存块的指针。

• 空指针：当分配失败时，函数返回空指针。需要认为检验指针变量是否为空：

  ptr = malloc(1000);
  if (p == NULL) {
      /* 分配失败 */
  }

动态分配字符串

• 使用malloc函数为字符串分配内存。

• C语言保证char类型需要一个字节的内存（sizeof(char)为1）。给n个字符的字符串分配内存空间可以写成：

  p = (char *) malloc(n + 1);   // 为空字符\n分配空间

• 虽然在给p赋值时，原来的通用指针*void会自动转化为对应的字符指针*char。但这里我们进行强制的类型转换。

• 对上述字符串进行初始化的一种方法：

  #include <string.h>
  
  strcpy(p, "abc");

• 下面这个函数将接受两个字符串，在不改变原来的字符串的前提下，合并字符串并且存储起来。

  #include <string.h>
  #include <stdlib.h>
  
  char *concat(const char *s1, const char *s2)
  {
      char *result;
  
      result = malloc(strlen(s1) + strlen(s2) + 1);
      if (result == NULL) {
          printf("Error: malloc failed in concat\n");
          exit(EXIT_FAILURE);
      }
      strcpy(result, s1);
      strcat(result, s2);
      return result;
  }

动态分布数组

使用malloc函数为数组分配存储空间

• 由于不确定每个元素所需要的内存空间，所以需要使用sizeof()函数计算。

• 假设数组需要包含n个整数，则需要如此分配内存空间。

  int *a;
  
  a = malloc(n * sizeof(int));

• 一旦a指向动态分配的内存块，就可以忽略a是指针的事实，可以把它当作数组名来用。

calloc函数

• 此函数需要传入元素的数量和每个元素的长度。

  int a;
  a = calloc(n, sizeof(int))    // 分配内存给n个整型变量

• 分配内存后会把所有位置设置为0.

• 通过此函数，为数据类型分配内存，并且初始化其元素为0.

  struct point {
      int x;
      int y;
  } *p;
  
  p = calloc(1, sizeof(struct point));    // 为一个结构体分配内存

realloc函数

• 改变已经动态分配的内存块的大小。

• 需要传入已分配内存块的指针，以及新的内存大小。

• 不会对添加的内存块字节进行初始化。

• 如果对被调用时以0为第二个实际参数，则函数将会释放内存块。

释放存储空间

• 频繁地调用内存分配函数，或者调用过大，有可能耗尽可分配空间。

• 分配了的内存空间，却丢失了对这些内存空间的记录，就会造成浪费：

  p = malloc(...);     p -> 内存块1
  q = malloc(...);     q -> 内存块2
  ---------------------------------
  p = q;                 -> 内存块1
                    p, q -> 内存块2

• 使用free函数释放内存：

  void free(void *ptr);

• 只能对指向动态分配的内存块的指针使用free函数。

• 以上代码的正确用法：

  p = malloc(...);
  q = malloc(...);
  
  free(p);   // 将p的内存释放掉
  p = q;     // 将p指向另外一个内存块

• 如果释放了内存，那么指向该内存的指针将成为悬空指针。此时使用该指针将导致严重错误。最好将该指针重置为空指针。