C语言中的动态内存分配

在很多场景，数据的大小是在运行时才能确定，编译阶段无法确定数据长度；或者有大块的数据需要存放，但是栈空间不够；或者某些参数需要实现跨函数传递；或者需要实现可变的数据结构。当面临这些问题时，我们往往想到动态分配内存。本文将主要讲在C语言中，动态内存分配的4个常用函数，以及使用注意事项。
一、为什么要用动态内存
栈内存存放局部变量，大小编译期确认，空间很小（通常只有几MB），函数结束自动销毁
堆内存空间大，动态分配，大小运行时确定，但是必须手动管理
原因1：【主要原因】运行时才知道需要多大内存
静态数组写大了浪费内存，写小了会溢出，动态内存要多少给多少
例如：用户输入、读取文件、网络接收的数据，程序跑起来才知道要多少数据，没有办法提前写死。
原因2：突破栈空间限制
栈空间很小，一般就1-8MB左右，大数据不能放在栈上，必须放到堆。
原因3：内存生命周期不受函数作用域限制
栈上的局部变量，函数执行完毕就自动释放了，不能继续函数外使用
动态内存：函数结束，堆内存依然存在，必须手动free才释放
eg：局部数组，函数返回后内存销毁，返回指针就是也指针
原因4：实现可边长数据结构
链表、队列、树、哈希表，全部离不开动态内存。
链表每新增一个节点，就要malloc一块内存节点（没有动态内存，就写不出链表）
二、四种常用动态内存函数
1、四种对比

#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<math.h>intmain(){SetConsoleOutputCP(65001);SetConsoleCP(65001);//在堆上申请10个连续int内存空间int*p=(int*)malloc(10*sizeof(int));if(p==NULL){printf("动态内存分配失败\n");}else{printf("动态内存分配成功\n");for(inti=0;i<10;i++){printf("%p,存放的内容%lx\n",&p[i],p[i]);}}free(p);//用完释放p=NULL;// 置空，防止野指针return0;}

运行结果：

malloc分配的内存不会自动初始化，所有元素默认是随机垃圾值，使用前建议手动赋值。
3、calloc
calloc(num,size)
作用：分配num个元素，每个占用size字节，分配完成自动全部初始化为0
和malloc的区别：calloc会清零，malloc不会。

//上面的malloc变为callocint*p=(int*)calloc(10,sizeof(int));

运行结果：

4、realloc
realloc(ptr,new_size)
作用：重新修改已分配好的堆内存，扩容或缩容
ptr:之前得到的指针
newsize：新的总字节数
注意：
如果后面堆空间足够，直接原地扩容，返回原来的地址
如果后面不够，堆找一块全新内存，把旧内容复制过去，释放旧内存，返回新地址
失败返回NULL，原来旧内容不会释放
realloc(ptr,0):长度为0，是把原来的空间释放

#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<math.h>intmain(){SetConsoleOutputCP(65001);SetConsoleCP(65001);//在堆上申请10个连续int内存空间,并将内存的首地址赋值给整型指针pint*p=(int*)calloc(5,sizeof(int));int*tmp=(int*)realloc(p,10*sizeof(int));if(p==NULL){printf("动态内存分配失败");}else{printf("-----动态内存分配成功-----\n");for(inti=0;i<5;i++){printf("%p,存放的内容%lx\n",&p[i],p[i]);}if(tmp!=NULL){printf("-----重新分配成功-----\n");p=tmp;for(inti=0;i<10;i++){printf("%p,存放的内容%lx\n",&p[i],p[i]);}}else{printf("-----重新分配失败-----\n");//分配失败，p仍指向旧内存，可以继续使用printf("%p\n",&p);}}free(p);//用完释放p=NULL;// 置空，防止野指针return0;}

运行结果：

注意：realloc直接用原指针接收返回值，失败会导致内存泄漏（例子中直接写p=realloc(p,newsize);如果失败p被赋值为NULL，原内存地址丢失，直接内存泄漏）。
realloc(NULL,n)等价于malloc(n)
5、free释放内存
作用：释放堆内存，还给操作系统
规则：
参数必须是malloc、realloc、calloc返回的地址，不能传栈变量地址
free之后，原来的指针变量仍然保存旧地址，变为野指针，建议手动赋值为NULL
不能重复free同一个指针，程序会崩溃
free(NULL)是安全的，什么都不做

三、使用注意事项
1、实际项目大量使用动态内存（malloc、realloc、calloc、free），但是不能无脑使用，滥用会付出巨大代价：
内存泄漏：忘记free，程序越跑内存占用越高，长期运行服务直接卡死。
野指针：free之后，继续使用，重复free，直接崩溃
realloc坑点，分配失败处理麻烦
频繁malloc、free会产生内存碎片，长时间运行内存效率下降

所以：
小固定大小缓冲区，优先栈数组，不要malloc
malloc和free尽量配对，谁申请，谁释放
嵌入式设备内存很小，尽量少用动态内存，必要时禁止malloc
2、垃圾内存/内存泄漏

char*p=malloc(10);chara;p=&a;//p本来指向10字节的动态内存分配的空间，现在指向a

上述代码，没有任何指针会指向那段动态内存分配的空间，并且那段空间不会释放，变为垃圾内存（或说内存泄漏）
解决办法：
方案一：p指向其他对象之前先释放

free(p);p=&a;

方案二：p指向其他对象之前，给那段空间找一个索引指针

char*q=p;//后面可以通过q来释放这段空间。p=&a;