C语言动态内存空间的分配

上节我们讲解了C语言的内存模型，了解到堆区的内存空间是由程序员来分配和释放的，称为自由区，其他区域一般不能由程序员随意操作。本节要讲解的动态内存分配就是在堆区进行的。

动态内存分配和释放常用到的四个函数为：malloc()、calloc()、realloc() 和 free()。

这几个函数的具体用法在C标准库中已经进行了讲解（点击上面链接查看），这里不再赘述，仅作简单的对比，并给出一个综合示例。

1) malloc()

原型：void* malloc (size_t size);

作用：在堆区分配 size 字节的内存空间。

返回值：成功返回分配的内存地址，失败则返回NULL。

注意：分配内存在动态存储区（堆区），手动分配，手动释放，申请时空间可能有也可能没有，需要自行判断，由于返回的是void*，建议手动强制类型转换。

2) calloc()

原型：void* calloc(size_t n, size_t size);

功能：在堆区分配 n*size 字节的连续空间。

返回值：成功返回分配的内存地址，失败则返回NULL。

注意：calloc() 函数是对 malloc() 函数的简单封装，参数不同，使用时务必小心，第一参数是第二参数的单元个数，第二参数是单位的字节数。

3) realloc()

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

功能：对 ptr 指向的内存重新分配 size 大小的空间，size 可比原来的大或者小，还可以不变（如果你无聊的话）。

返回值：成功返回更改后的内存地址，失败则返回NULL。

4) free()

原型：void free(void* ptr);

功能：释放由 malloc()、calloc()、realloc() 申请的内存空间。

注意：每个内存分配函数必须有相应的 free 函数，释放后不能再次使用被释放的内存，建议在 free 函数后把被释放指针置为 NULL，好处有二：

• 再次访问该指针将出错，避免野指针；
• 再次释放该指针不会让程序崩溃只是free函数失效。

对比与说明

在利用 calloc() 函数时，如果对分配的存储空间不保存，那么丢失后就无法找回来，更严重的是这段空间不能再重新分配，因而造成内存的浪费。因此我们较少使用calloc()，推荐使用malloc()。

另外，在分配内存时最好不要直接用数字指定内存空间的大小，这样不利于程序的移植。因为在不同的操作系统中，同一数据类型的长度可能不一样。为了解决这个问题，C语言提供了一个判断数据类型长度的操作符，就是 sizeof。

sizeof 是一个单目操作符，不是函数，用以获取数据类型的长度时必须加括号，例如 sizeof(int)、sizeof(char) 等。

下面的例子演示了如何用 malloc() 和 sizeof 分配内存空间来保存20个整数：

int *numbers = (int*) malloc( 20 * sizeof(int) );

这种分配内存的方式在数据结构中很常见。

最后是一个综合的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define  N  (5)
#define  N1 (7)
#define  N2 (3)
int main()
{
    int *ip;
    int *large_ip;
    int *small_ip;
    if((ip = (int*)malloc(N * sizeof(int))) == NULL)
    {
        printf("memory allocated failed!\n");
        exit(1);
    }
    int i;
    for(i = 0; i < N; i++)
    {
        ip[i] = i;
        printf("ip[%d] = %d\t", i, ip[i]);
    }
    printf("\n");
    if((large_ip = (int* )realloc(ip, N1 * sizeof(int))) == NULL)
    {
        printf("memory allocated failed!\n");
        exit(1);
    }
    for(i = N; i < N1; i++)
        large_ip[i] = 9;
    for(i = 0; i < N1; i++)
        printf("large_ip[%d] = %d\t", i, large_ip[i]);
    printf("\n");
    if((small_ip = (int*)realloc(large_ip, N2 * sizeof(int))) == NULL)
    {
        printf("memory allocated failed!\n");
        exit(1);
    }
    for(i = 0; i < N2; i++)
        printf("small_ip[%d] = %d\t", i, small_ip[i]);
    printf("\n");
    free(small_ip);
    small_ip = NULL;
    system("pause");
    return 0;
}

运行结果：

代码说明：

1) 代码看似很长，其实较为简单，首先分配一个包含5个整型的内存区域，分别赋值0到4；再用realloc函数扩大内存区域以容纳7个整型数，对额外的两个整数赋值为9；最后再用realloc函数缩小内存区域，直接输出结果（因为realloc函数会自动复制数据）。

2) 这次把分配函数与验证返回值验证写在了一起，为的是书写方便，考虑到优先级问题添加了适当的括号，这种写法较为常用，注意学习使用。

3) 本例free函数只用释放small_ip指针即可，如函数介绍中注意里提到的，另外两个指针已被系统回收，不能再次使用。