文章目录
- 一、前言
- 二、C语言内存分区概述
- 三、动态内存分配函数
- 1. `malloc()` 函数
- 2. `calloc()` 函数
- 3. `realloc()` 函数
- 4. `free()` 函数
- 四、动态内存管理注意事项
- 五、总结
一、前言
动态内存分配允许程序在运行时申请和释放内存，以灵活管理数据。本文将介绍C语言中常用的动态内存分配函数，包括：
malloc()：分配指定字节的内存，但不会初始化。calloc()：分配指定数量和大小的内存，并将内存初始化为0。realloc()：调整已经分配的内存大小。free()：释放分配的内存。
二、C语言内存分区概述
在C语言中，内存大致分为以下几部分：
- 代码区：存放程序的可执行代码。
- 静态区：存放全局变量和静态变量。
- 栈区：由编译器自动分配和释放，主要用于存放函数参数、局部变量和返回地址。
- 堆区：由程序员手动分配和释放，用于存放动态分配的内存。
动态内存分配主要在堆区进行，程序运行时申请和释放内存，以便灵活使用资源。
三、动态内存分配函数
1. malloc() 函数
malloc()（memory allocation）用于分配指定字节数的内存块，但不会对内存进行初始化。成功分配后，返回指向该内存块的指针；分配失败时返回 NULL。
函数原型：
void* malloc(size_t size);
size：要分配的内存大小（字节）。- 返回值：成功返回指针，失败返回
NULL。
✅ 示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *arr;int n = 5;// 分配n个整数大小的内存空间arr = (int*)malloc(n * sizeof(int));if (arr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}// 初始化并输出for (int i = 0; i < n; i++) {arr[i] = i + 1;printf("%d ", arr[i]);}// 释放内存free(arr);return 0;
}
✅ 运行结果：
1 2 3 4 5
注意：
malloc分配的内存中数据是随机的，未初始化。
2. calloc() 函数
calloc()（contiguous allocation）分配指定数量和大小的内存块，并将内存初始化为0。
函数原型：
void* calloc(size_t num, size_t size);
num：要分配的元素个数。size：每个元素的大小（字节）。- 返回值：成功返回指针，失败返回
NULL。
✅ 示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *arr;int n = 5;// 分配并初始化内存arr = (int*)calloc(n, sizeof(int));if (arr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}// 输出初始值for (int i = 0; i < n; i++) {printf("%d ", arr[i]);}// 释放内存free(arr);return 0;
}
✅ 运行结果：
0 0 0 0 0
calloc分配的内存自动初始化为0。
3. realloc() 函数
realloc()（reallocation）用于调整已分配内存的大小，可以扩大或缩小原内存块。
函数原型：
void* realloc(void* ptr, size_t size);
ptr：原内存块的指针。size：新的内存大小。- 返回值：成功返回新内存的指针，失败返回
NULL。
✅ 示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *arr;int n = 5;// 初始分配5个整数大小的内存arr = (int*)malloc(n * sizeof(int));if (arr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}// 初始化for (int i = 0; i < n; i++) {arr[i] = i + 1;}// 扩展内存n = 10;arr = (int*)realloc(arr, n * sizeof(int));if (arr == NULL) {printf("内存扩展失败\n");return 1;}// 新内存赋值for (int i = 5; i < n; i++) {arr[i] = i + 1;}// 输出for (int i = 0; i < n; i++) {printf("%d ", arr[i]);}free(arr);return 0;
}
✅ 运行结果：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
realloc在扩展内存时会将原数据保留，但新分配部分的数据可能未初始化。
4. free() 函数
free() 用于释放使用 malloc()、calloc() 和 realloc() 动态分配的内存。释放后，指针指向的内存不再有效。
函数原型：
void free(void* ptr);
ptr：指向要释放的内存块。- 无返回值。
✅ 示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));if (arr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}// 使用动态分配的内存for (int i = 0; i < 5; i++) {arr[i] = i + 1;printf("%d ", arr[i]);}// 释放内存free(arr);return 0;
}
✅ 运行结果：
1 2 3 4 5
使用
free()后，指针仍然指向之前的内存地址，但访问它将产生未定义行为。
四、动态内存管理注意事项
- 内存泄漏问题：未释放动态分配的内存会导致内存泄漏，程序占用的内存不断增加。
- 释放后避免访问：释放内存后访问会产生未定义行为。
- 指针置空：释放内存后，建议将指针置为
NULL：
free(arr);
arr = NULL;
- 分配失败处理：分配失败时，返回
NULL，应进行判断：
if (ptr == NULL) {printf("内存分配失败\n");exit(1);
}
五、总结
C语言中的动态内存分配函数包括：
malloc()：分配指定字节数的内存，不初始化。calloc()：分配并初始化内存。realloc()：调整内存大小。free()：释放内存。
在使用动态内存时，注意内存泄漏、释放后指针置空等问题，以确保程序稳定性。
