C一语言—动态内存管理

在C语言中，动态内存管理是通过标准库提供的函数来实现的，主要包括 malloc、calloc、realloc 和 free 等函数。这些函数允许程序在运行时根据需要动态分配和释放内存，这在处理不确定大小的数据时尤为重要。

1. 动态内存分配

在C语言中，静态内存分配的方式决定了某些变量的大小在编译时就已确定。这对于一些情况是足够的，但在实际编程中，我们经常需要处理不确定大小的数据，例如用户输入的数据或者从文件中读取的数据。此时，动态内存分配则显得尤为重要。

1.1 malloc

malloc 函数用于分配指定字节数的内存，并返回指向该内存块的指针。其基本语法如下：

void* malloc(size_t size);

例如，以下代码演示了如何使用 malloc 分配一个整数数组：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n, i;
    printf("请输入数组大小: ");
    scanf("%d", &n);

    // 分配内存
    int* arr = (int*)malloc(n * sizeof(int));

    // 检查内存是否分配成功
    if (arr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return -1;
    }

    // 初始化数组
    for (i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 打印数组
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    free(arr);
    return 0;
}

在这个示例中，我们首先通过 malloc 分配了一个包含 n 个整数的数组，并在使用完后调用 free 释放该内存。

1.2 calloc

与 malloc 类似，calloc 函数不仅分配内存，还会将分配的内存块初始化为零。其基本语法如下：

void* calloc(size_t num, size_t size);

以下是一个使用 calloc 的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n, i;
    printf("请输入数组大小: ");
    scanf("%d", &n);

    // 使用 calloc 分配内存并初始化为零
    int* arr = (int*)calloc(n, sizeof(int));

    if (arr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return -1;
    }

    // 打印数组（初始值应都是0）
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    free(arr);
    return 0;
}

在这个例子中，使用 calloc 来分配内存并初始化为零，确保我们在打印时能够看到所有元素的值是 0。

2. 动态内存重新分配

realloc 函数用于调整之前已分配内存块的大小。其基本语法如下：

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

以下是一个使用 realloc 的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n, i;
    printf("请输入初始数组大小: ");
    scanf("%d", &n);

    // 使用 malloc 分配内存
    int* arr = (int*)malloc(n * sizeof(int));
    for (i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 打印初始数组
    printf("初始数组: ");
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 调整数组大小
    printf("请输入新的数组大小: ");
    scanf("%d", &n);
    arr = (int*)realloc(arr, n * sizeof(int));

    if (arr == NULL) {
        printf("内存重新分配失败\n");
        return -1;
    }

    // 初始化新分配的空间
    for (i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 打印调整后的数组
    printf("调整后的数组: ");
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    free(arr);
    return 0;
}

在此示例中，我们首先分配一个整数数组，然后使用 realloc 调整数组的大小并重新初始化。

3. 释放动态内存

每当使用 malloc、calloc 或 realloc 等动态内存分配函数时，都应该相应地使用 free 函数释放已经分配的内存，以避免内存泄漏。

free(ptr);

总之，动态内存管理是C语言中一项非常重要的功能，它使得程序在处理不确定大小的数据时更为灵活和高效。同时，程序员需要对动态分配的内存负责，及时释放不再使用的内存，以确保程序的稳定性和性能。