前言

有時候我們需要的空間大小不確定，需要隨著程序需要的空間而變化， 那以數組開辟的固定大小的空間就不適用了， 這時候我們就需要動態分配開辟空間了。當空間不夠時就擴容。動態開辟是在堆區開辟一塊連續可用空間，并返回這塊空間的地址。有三種函數malloc， calloc和realloc。我們動態內存分配就在堆區開辟空間

上面的四個區只有堆區的空間是需要手動釋放的

free函數

free函數是專門用來對動態開辟內存的回收和釋放的。當我們不需要再使用動態開辟的空間時，一定要free釋放空間，因為是在堆上開辟的空間，所以不會隨著出了作用域而銷毀，需要我們free釋放，避免內存泄漏，并置空（將指針置為NULL），避免形成野指針。

內存釋放是標記刪除, 只會修改當前空間的所屬狀態,并不會清除空間內容。

當然內存泄漏也不是都有危害，但為了養成良好的代碼習慣，動態開辟后一定要free

void free (void* ptr)；

1.如果參數ptr指向的內存空間不是動態內存開辟的，那free函數的行為是未定義的，就會報錯，所以free函數是針對動態開辟的空間

2.如果ptr是 NULL空指針，那么free函數什么都不做。

下面我們來實現一下。

動態內存分配需要調用頭文件#include

malloc函數

void* malloc (size_t size);

malloc函數用來動態開辟的， size是開辟所需空間的大小，單位：字節。

并返回起始地址。返回類型是void*，表示我們可以開辟任意類型的空間，同時我們需要強制類型轉換成我們開辟空間類型的指針，再用指針接收

例如我們開辟的是int型的空間，就需要先轉換為（int*），再用int*的指針接收

開辟float型的空間，就需要先轉換為（float*），用于float*的指針接收

int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);

重點：

1.malloc函數在開辟空間后需要判斷開辟空間是否成功，若開辟成功會返回開辟好的空間的指針，開辟失敗會返回空指針。

2.malloc函數并不會對開辟空間進行初始化，空間內容為隨機數。

下面是關于malloc函數的例子，主函數如下：

主函數中第一段代碼就是在堆上動態開辟10個int型大小的空間，通過int*型的指針p去維護這塊空間，如果空間開辟失敗就會返回NULL，所以我們需要判斷是否開辟成功。

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{	
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	if (p == NULL)
	{                                     //我們也可以直接eixt(-1)異常退出，或是return;
		printf("%s\n", strerror(errno));  //strerror（errno）是用來判斷開辟失敗的錯誤原因                               
		return -1;                        //error是錯誤碼
	}                                     //需要調用最下面的兩個頭文件
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

判斷p為NULL時，也可以直接打印開辟失敗，不需要調用strerror函數，也不用包含那兩個頭文件

if (p == NULL)
{
	printf("malloc failed\n");
	exit(-1);
}

calloc函數

void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc函數與malloc類似 ，calloc可以看作malloc+memset

?參數num是開辟空間的元素個數，參數size是元素的大小，單位：字節。

函數的功能是為 num 個 size大小 的元素開辟一塊空間，并且把空間的每個字節初始化為0。

calloc函數與malloc函數不同點在于：會將開辟的空間都初始化為0（按字節初始化為0）。

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{	
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
	if (p == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return -1;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

下面看運行結果都為0

realloc函數

realloc函數讓動態內存管理變得更加靈活，空間不夠時可以對動態開辟的空間擴容

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

參數ptr為需要擴充動態內存分配的空間的地址

size是 調整之后新大小，返回參數為調整之后的內存起始位置。

realloc在調整內存空間的是存在兩種情況：

1.原地擴容

在需要擴容的空間后有足夠的空間進行擴容，要擴展內存就直接原有內存之后直接追加空間，原來空間的數據不發生變化。

2.異地擴容

原有空間之后沒有足夠多的空間時，擴展的方法是：在堆空間上另找一個合適大小 的連續空間來使用。這樣函數返回的是一個新的內存地址。

pc指向的空間的數據會遷移到ptr指向的空間，此時不需要將pc的空間free，系統會自動釋放。

下圖通過兩行代碼了解什么是異地擴容，可以看到p1和p2的地址發生了變化

p1的值是0x006b56b8? p2的值是0x006bf4d0，所以擴容后的空間地址與原空間地址不同，這就是異地擴容

當然擴容失敗就會返回NULL，異常退出了

下面是malloc和realloc的聯合使用，我們擴容后要將擴容后的空間再次交給原指針去維護

所以將p=ptr

#include 
#include 
 
int main()
{
	int* p =(int*) malloc(sizeof(int)*10);
	if (p == NULL)
	{
		printf("malloc faied\n");
		return -1;
	}
	int* ptr = (int*)realloc(p, sizeof(int) * 20);
	if (ptr == NULL)
		return -1;
	p = ptr;
	for (int j = 0; j < 20; j++)
	{
		printf("%d ", p[j]);
	}
 
	printf("\n");
    
    return 0;
}

運行結果可以看到都是隨機數，所以realloc函數也不會初始化

可以看出realloc與malloc相似，都不會初始化。同時這也是realloc和malloc的一個特性，

當要擴容的對象為空時，realloc可以當作malloc函數使用。

擴充

我們一般動態開辟的空間都是結構體,下面簡單介紹一下開辟結構體類型的空間

我們首先定義了一個結構體類型，里面定義的是int型的數據data，還有一個next型的指針，存放下一節點的地址，這就是數據結構的單鏈表結構，不了解的小伙伴可以簡單看一下

pc指向開辟的一個節點用，p指向開辟的另一個節點用，將pc指向的結構體中的next保存p指向節點的地址

#include 
#include 
 
typedef struct QueueNode
{
	DataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;
 
int main()
{
	QueueNode* pc = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	QueueNode* p = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
 
	if (pc == NULL && pc == NULL)
	{
		printf("malloc failde\n");
		exit(-1);
	}
	pc->data = 10;
	pc->next = p;
 
	p->data = 20;
	p->next = NULL;
 
	printf("%d %d\n", pc->data, p->data);
	printf("%p %p %p\n", pc->next, p, p->next);
	free(pc);
	free(p);
	pc = p = NULL;
 
	return 0;
}

重點：動態開辟使用完后，一定要記得free，置空。

了解完上面的內容，是不是對動態分配有了更深的理解。

malloc/calloc/realloc區別總結

相同點：

1.都是從堆上申請空間

2.都需要對返回值判空

3.都需要用戶free釋放

4.返回值類型相同（void*）

5.都需要類型轉化

6.底層實現上是一樣的，都需要開辟多余的空間，用來維護申請的空間

可以輸入以下代碼觀測內存：

#include 
#include 
int main(){
int *p= (int *)malloc(sizeof(int )*10);
return 0;
}

不同點：

1.函數名字不同和參數類型不同。

2.calloc會對申請空間初始化，并且初始化為0，而其他兩個不會。

3.malloc申請的空間必須使用memset初始化

4.realloc是對已經存在的空間進行調整，當第一個參數傳入NULL的時候和malloc一樣

總結