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前言
学习数组的时候一般会遇到这样一个问题，向一个数组中存入N个数，N<1000。由于N不确定，为了保证所有数都能存入数组不溢出，我们都会首先定义一个元素数量大于等于1000的数据，如下所示：
#include<stdio.h>
int main(void) {
int arr[1000] = { 0 };
int N = 0;
int i = 0;
printf("请输入数组的大小\n");
scanf_s("%d", &N);
printf("请输入%d个数\n", N);
for (i = 0; i < N; i++)
scanf_s("%d", &arr[i]);
return 0;
}
这样做一个坏处就是可能会浪费内存空间，因为arr数组不一定能存的满。
很自然就能想到数组大小能不能动态定义？像这样：
#include<stdio.h>
int main(void) {
int N;
int i;
int arr[N];
printf("请输入数组的大小\n");
scanf_s("%d", &N);
printf("请输入%d个数\n", N);
for (i = 0; i < N; i++)
scanf_s("%d", &arr[i]);
return 0;
}
编译会毫不犹豫地报错，提示是“应输入常量表达式”。
这是因为C89标准规定必须使用常量表达式指明数组长度。
虽然C99中可以使用变量指明数组长度，但一些编译器并不能很好地支持C99，其中就包括常用的VS2019。
总之，灵活地定义数组大小而不造成空间浪费的梦想是破碎了。
但是办法总是有的！！！办法就是今天的主角——malloc ()。
一、malloc
1、简介
隶属标准库： stdlib
原型： void *malloc(unsigned int size)
所以需要根据实际你需要的类型对其强制类型转换
返回值： 成功时，返回指向新分配内存的指针。失败时，返回空指针（NULL）
参数： size - 要分配的字节数,如malloc(10)表示申请10bytes的内存。
功能： 申请内存。需要内存的时候就用它申请，用完就扔掉了。也就是说malloc就好像一个渣男。
2、基本使用方法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* str;
str = (int*)malloc(20);//申请20个字节的空间
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(str + i) = i;
}
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
printf("%d\n", *(str + i));
}
/* 释放已分配的内存 */
free(str);
return(0);
}
0
1
2
3
4
3、使用malloc解决前言中的问题
使用malloc就可以做到需要多少空间就申请多少空间了，记得使用完要释放空间。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(void) {
int N = 0;
int i = 0;
printf("请输入数组的大小\n");
scanf_s("%d", &N);
int* arr = (int*)malloc(N * sizeof(int));
printf("请输入%d个数\n", N);
for (i = 0; i < N; i++)
scanf_s("%d", &arr[i]);
for (i = 0; i < N; i++)
printf("%d ", arr[i]);
free(arr);
return 0;
}
请输入数组的大小
4
请输入4个数
23
89
52
14
23 89 52 14
二、free函数
free函数和malloc函数是形影不离的好兄弟。
1、简介
隶属标准库： stdlib
原型： void free(void *ptr)
返回值： 无
参数： ptr – 指针指向一个要释放内存的内存块
功能： 释放之前申请的内存（回收内存）
2、基本使用方法
如上所示
三、realloc函数
1、简介
隶属标准库： stdlib
原型： void *realloc(void *ptr, size_t size)
返回值： 该函数返回一个指针 ，指向重新分配大小的内存。如果请求失败，则返回 NULL。
参数：
ptr – 指针指向一个要重新分配内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果为空指针，则会分配一个新的内存块，且函数返回一个指向它的指针。
size – 内存块的新的大小，以字节为单位。如果大小为 0，且 ptr 指向一个已存在的内存块，则 ptr 所指向的内存块会被释放，并返回一个空指针。
功能： 重新调整之前调用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的内存块的大小。
2、基本使用方法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
int* str;
/* 最初的内存分配 */
str = (int*)malloc(16);
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
*(str + i) = i;
printf("%d ", *(str + i));
}
printf("\n");
/* 重新分配内存 */
str = (int*)realloc(str, 20);
*(str + 4) = 4;
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
printf("%d ", *(str + i));
}
free(str);
return(0);
}
0 1 2 3
0 1 2 3 4
四、calloc函数
1、简介
隶属标准库： stdlib
原型： void *calloc(size_t nitems, size_t size)
返回值：
该函数返回一个指针，指向已分配的内存。如果请求失败，则返回 NULL。
参数：
nitems – 要被分配的元素个数。
size – 元素的大小。
功能：
分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针。malloc 和 calloc 之间的不同点是，malloc 不会设置内存为零，而 calloc 会设置分配的内存为零。
2、基本使用方法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int i, n;
int* a;
printf("要输入的元素个数：");
scanf_s("%d", &n);
a = (int*)calloc(n, sizeof(int));//申请n个int大小的空间
printf("输入 %d 个数字：\n", n);
for (i = 0; i < n; i++)
{
scanf_s("%d", a + i);
}
printf("输入的数字为：");
for (i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", *(a + i));
}
free(a); // 释放内存
return(0);
}
五、答疑
1、malloc与calloc的区别
malloc与calloc在内存分配时，最大的区别是后者在分配时会将内存置为0，前者不会，内存里仍保留着垃圾数据。
注意：malloc与calloc申请的都是连续内存空间
他们在用法上是相似的，以分配容纳5个int整型的空间为例，代码如下
malloc用法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
for (int i = 0; i < 5; i++)
//方法1
//p[i] = i;
//方法2
*(p + i) = i;
for (int i = 0; i < 5; i++)
printf("%d ", p[i]);
free(p);
return 0;
}
0 1 2 3 4
calloc用法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(5, sizeof(int));
for (int i = 0; i < 5; i++)
p[i] = i;
for (int i = 0; i < 5; i++)
printf("%d ", p[i]);
free(p);
return 0;
}
0 1 2 3 4
2、为什么malloc、calloc、realloc函数都要和free函数配合使用？
我们都知道，就是malloc动态申请一块空间后，当不再需要的时候，需要将这块空间free掉，否则会出现内存泄漏。
什么是内存泄漏？
内存泄漏就是申请了内存使用完毕又不释放掉，导致其他程序无法再重复利用这块内存，这块内存相当于被浪费掉了（例如，原本4G的内存，有1G用了没有释放，此时你只有3G可以用了）。这浪费掉的内存就跟泄漏出去的水一样收不回来了。故叫做内存泄漏。
对于有操作系统的平台，即使你申请内存使用完忘了free也没关系，操作系统会监控每一块内存使用情况，你忘了它会帮你free。
但如果没有操作系统，如一些嵌入式平台，就没有自动回收机制了。这时候没用free就会导致内存泄漏。
内存泄漏有多可怕？
假如你要重复10k次分配10M的内存，如果每次使用完内存后都用free()释放，你的程序只需要占用10M内存就能运行；但如果你不用free()，那么你的程序结束之前就会吃掉100G的内存！你的系统很可能因此而崩溃。特别是嵌入式平台，内存空间本来就小，容不得内存泄漏。
因此为了防止出现内存泄漏，free必须与malloc、calloc、realloc函数形影不离。
3、malloc、calloc、realloc函数申请的是哪个地方的内存？
申请的是堆中的内存。
关于内存空间的分布，我会在另一篇文章中讲。
参考资料
1、5分钟看懂什么是 malloc https://zhuanlan.zhihu.com/p/105090421
2、深入 malloc 函数，带你真正理解内存分配。https://blog.csdn.net/liang19890820/article/details/120559090
3、malloc函数——一个低调的C语言学习者宝藏https://zhuanlan.zhihu.com/p/197918331
4、C语言malloc与calloc区别https://blog.csdn.net/qq_42759112/article/details/124744214
5、为什么动态内存分配申请后，还要再释放？https://www.sohu.com/na/469024940_121056793