详解C/C++动态内存函数（malloc、free、calloc、realloc）

1. malloc和free

为解决静态内存开辟存在的问题，C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

malloc为memory allocation的简写，意为内存分配。

这个函数的作用是向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。

比如，我申请40个字节的空间，以前我们可以用数组的方法，现在我们用malloc函数申请40个字节的空间：

	//int arr[10];
	int* p = (int*)malloc(40);

malloc函数有以下特点：

如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针；

如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查；

返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定；

如果参数 size 为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

所以我们需要对malloc开辟的空间做检查：


	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");//如果开辟失败，告知原因
		exit(-1);//开辟失败直接退出
	}

需要注意的是：

对于malloc函数申请的内存空间，当程序退出时还给操作系统；当程序不退出时，malloc动态申请的内存不会主动释放。

所以这时C语言提供了另外一个函数free，专门用来做动态内存的释放和回收：

用法如下：

int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");//如果开辟失败，告知原因
		exit(-1);//开辟失败直接退出
	}
	free(p);
    p = NULL;//避免p被释放后成为野指针
	return 0;
}

需要注意的是：

free函数用来释放动态开辟的内存；

如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的（也就是说free函数只能释放动态开辟的空间，不能释放静态开辟的空间）；

如果参数 ptr 是NULL指针，则free函数什么事都不做。

（malloc和free都声明在stdlib.h头文件中）

2. calloc

C语言还提供了一个函数叫calloc ，calloc为contiguous allocation的简写，意为动态内存分配并清零，calloc函数也用来动态内存分配。

原型如下：

函数的功能是为 num个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0；

与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。

具体用法与malloc大致相同：

int main()
{
	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));//10个大小为4字节的元素
	if (p == NULL)
	{
		perror("calloc");//如果开辟失败，告知原因
		exit(-1);//开辟失败直接退出
	}
	//打印已开辟好的元素
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
    free(p);
    p = NULL;//避免p被释放后成为野指针
	return 0;
}

3. realloc

在我们使用malloc函数与calloc函数申请过空间之后，

我们可能会遇到申请的空间过大了，比如我动态申请了1000个字节的空间，可发现我只需要10个字节的空间；

又有可能遇到申请的空间过小了，比如我动态申请了100个字节的空间，可最后发现我却要10000字节的空间；

针对这两种现象，为了合理地使用内存，我们一定会对内存空间做灵活地调整，那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

realloc函数原型如下：

解释：

1.ptr 是要调整的内存地址；

2.size 调整之后新大小；

3.返回值为调整之后的内存起始位置；

4.这个函数在调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

关于第3条，我们抛出这样的疑问：

返回值为调整之后的内存起始位置，那么这个调整之后的起始位置，

①到底是realloc函数保留了原来malloc/realloc函数已经开辟好的空间，只是在原来内存的基础上紧挨着新增了一些空间，然后返回了原来旧内存空间的起始地址；

②还是realloc函数舍弃了原来malloc/realloc函数已经开辟好的空间，又再另一块地方重新开疆拓土，申请了一块新的内存空间，然后返回了新内存空间的起始地址。

对于这个问题，其实两种说法都对，我们要分两种情况讨论：

情况一：原有空间之后有足够大的空间。

情况二：原有空间之后的空间不足

1.开辟新的空间；
2.将旧的空间中的数据拷贝到新的空间；
3.释放旧的空间；
4.返回新空间的起始地址。

所以针对情况一和情况二，对realloc函数的正确用法应为：

int main()
{
	//先用malloc开辟40个字节的空间
	int* p = (int*)malloc(40);
	if (p == NULL)
	{
		perror("malloc");//如果开辟失败，告知原因
		exit(-1);//开辟失败直接退出
	}
	//开辟成功后，将这块空间初始化为1~10
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i + 1;
	}
	//再用realloc再增加40个字节的空间
	int* ptr = (int*) realloc(p, 80);//未避免情况二的发生，不能用p接收新地址
	if (ptr != NULL)
	{
		p = ptr;//如果开辟成功了，再把ptr拷贝给p
		ptr = NULL;
	}
	else
	{
		perror("realloc");//如果开辟失败，告知原因
	}
	//打印数据
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d\n", p[i]);
	}
	//释放空间
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}

运行结果：