C語言內存管理

malloc && realloc && free && calloc

c語言中為了進行動態內存管理，<stdlib.h>中提供了幾個函數幫助進行內存管理。

我們知道，C語言中是沒有C++中的容器或者說是python中list，set這些高級的數據結構的，我們一旦申請了一段內存空間以后這一段空間就歸你了，比如我們舉個例子，我們申請一個數組

int nums[100];

上面這段代碼是完全可行的，但是我們現在在不知道想要申請多少空間的情況下呢？比如說下面這個例子

int func(int n){
	int nums[n];
}

我們發現出錯了，連編譯都過不了，為什么呢？因為這段空間是編譯過程中確定的，我們不能在程序運行過程中申請一段不確定大小的空間。

所以我初學的時候就解決不了這個問題，我采取了一個笨辦法，就是申請一個足夠大的空間，反正用不完，我內存大咋滴了，也不是不可以，這個方法確實解決了我當初的問題不是嘛，但是現在我們有更好的辦法，就是動態的空間申請。

一、動態空間申請

// 函數原型
void *malloc(unsigned int num);

在堆區分配一塊指定大小的內存空間，用來存放數據。這塊內存空間在函數執行完成后不會被初始化，它們的值是未知的。

int func(int n){
    int *nums = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
    return 0;
}

這樣我們就解決了不能進行動態的申請內存的問題了，我不知道有沒有讀者注意到malloc函數的返回類型是空指針類型，這樣的話就需要我們進行強制類型轉換，我們在上面的函數中是將其轉換為了int指針類型，這樣的話我們指向的空間就可以存放int值，也就是說我們申請了一個大小為n的int數組。返回空指針在一定程度上實現了泛型。我們也可以對這個數組進行初始化。

int func(int n){
    int *nums = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
    memset(nums,0,sizeof(int)*n);
    return 0;
}

如果說malloc是沒有初始化的內存申請，那么calloc就帶初始化的內存申請

// 函數原型
void* calloc(unsigned int num,unsigned int size);

原本兩步的工作現在一步就完成了

int func(int n){
    int *nums = (int *)calloc(n,sizeof(int));
    return 0;
}

這里還有一個問題就是，這個空間不夠用了怎么辦，比如我們用數組實現棧，或者是隊列，我們不能說一直動態的申請，或者不夠了就加，實際上像python的list，他們在申請空間的時候都是多申請了一部分的，否則一會就加，一會就減，會影響效率，畢竟申請內存是需要向系統“打報告”的。

二、動態空間的擴容

我們之前申請的空間不夠用了就需要擴容，我們可以用這個函數

// 函數原型
void *realloc(void *address,unsigned int newsize);

該函數重新分配內存，把內存擴展到 newsize。這里是擴展到多大，而不是擴展多少

int func(int n){
    int *nums = (int *)calloc(n,sizeof(int));
    nums = (int *)realloc(nums, sizeof(int)*n*2);
    return 0;
}

三、釋放內存

當我們用完了這塊動態內存空間時，我們需要手動釋放，因為c沒有智能的內存管理，只能依靠程序員自覺

// 函數原型
void free(void *address);

該函數釋放 address 所指向的內存塊,釋放的是動態分配的內存空間。

int func(int n){
    int *nums = (int *)calloc(n,sizeof(int));
    nums = (int *)realloc(nums, sizeof(int)*n);
    free(nums);
    return 0;
}

這里我們需要注意兩件事，第一件事，動態分配的內存必須釋放，否則就會內存泄露，第二件事，結構體指針需要遞歸釋放，務必釋放干凈

typedef struct Node {
    int val;
    struct Node *next;
} Node;
void freeNode(struct Node *head){
    while(head){
        struct Node* temp=head->next;
        free(head);
        head = temp;
    }
}

更新一點知識，VLA變長數組，其實這么寫在GCC中也是可以通過的

int n=10;
int nums[n];

我一開始看到這些代碼也是很疑惑的，C語言到底支持不支持VLA變長數組啊，查了一點資料。

C90標準中并不支持VLA，C99開始支持VLA，很大的一個原因：FORTRAN中支持這種寫法。C99中對對VLA有一些限制，比如變長數組必須是自動存儲類型，也就是說，如果我上面兩句放在函數外面就就不能通過編譯了，這是因為在函數外面定義的是全局變量，此外，使用VLA不能對數組進行初始化，因為它的長度在運行時才能確定。

此外VLA并不是真正的變長，它實際上只是將數組的長度推遲到運行時確定而已，也就是說C90標準中，數組的長度必須在編譯時期就知道，但C99支持VLA后，數組的長度可以推遲到運行時知道，但是，一旦長度確定，數組的長度就不能變了。

另外我在VC中編譯并不能通過，在Clion中也不行，但是我leetcode中提交的時候可以通過，也就是gcc其實是支持的。

我并不建議這么寫，還是老老實實的malloc吧。