【C语言】动态内存管理：malloc、calloc、realloc、free
本篇介绍一下C语言中的malloc/calloc/realloc。 使用这些函数需要包含头文件<stdlib.h>。malloc/calloc/realloc申请的空间都是 堆区的。
1.malloc和free
1.1 malloc
C语言提供了一个动态内存开辟的函数malloc，函数原型如下。
void* malloc(size_t size); //size的单位是字节这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这款空间的指针。
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NULL，因此malloc的返回值一定要做检查。
返回值类型是void*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体要在使用的时候自己来决定。要强制类型转换。
y如果参数size为0，malloc的行为是标准未定义的，取决于编译器。
比如我们申请20个字节，用来存放整形。下面两种写法是一样的。
int* p0 = (int*)malloc(20);
int* p1 = (int*)malloc(5 * sizeof(int));然后检查一下返回值。
int* p0 = (int*)malloc(20);
//检查返回值
if (p0 == NULL) //申请失败
{
perror("malloc fail");
return 1;
}申请成功就可以使用空间了。当作数组使用就行。
然后我们往里面存一些值进去
1.2 free
申请的空间不要了，还要手动换回去。C语言提供了另一个函数free，专门是用来做动态内存释放和回收的，函数原型如下。
void free(void* ptr);free函数用来释放动态开辟内存。ptr传的是要释放的内存空间的起始地址。
如果参数ptr指向的空间不是动态开辟的，那么free的行为是未定义的。
如果参数ptr是NULL指针，则函数什么都不做。
拿前面的p0举例，我们现在要释放它。
free(p0); //把空间还给操作系统 
此时p0指针什么都没指，是个野指针，所以我们还要手动把p0置为NULL，这一步千万不能忘。
free(p0); //把空间还给操作系统
p0 = NULL; //置空所以我们在使用申请的空间的时候，要记得记录起始位置指针，最好就是别改变起始位置指针的指向。
2.calloc和realloc
2.1 calloc
C语言还提供了一个函数叫做calloc，这个函数也是用来动态内存分配的，原型如下。
void* calloc(size_t num, size_t size);函数功能是为num个大小为size的元素开辟空间，并且把空间的每个元素初始化为0。
与malloc函数的区别只在于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。
比如我们想向内存申请5个整形的空间。
int* p1 = (int*)calloc(5, 4);
int* p1 = (int*)calloc(5, sizeof(int)); //这样写也可以同样的，要检查返回值。
int* p1 = (int*)calloc(5, sizeof(int));
if (p1 == NULL)
{
perror("calloc fail");
return 1;
}我们通过调试看p的内存，发现都初始化为了0。
除了calloc能初始化，其他的和malloc没什么区别。
最后也是一样，不用了就free，并且把p1置空。
free(p1);
p1 = NULL;2.2 realloc
realloc的出现让动态内存管理更加灵活，它可以调整动态开辟内存的大小，函数原型如下。
void* realloc(void* ptr, size_t size);ptr是要调整的内存地址，size是调整之后新的大小，返回值为调整之后的内存起始位置。
比如说我要把前面的p0申请的20个空间扩展到40个。有下面的两种情况。
情况一：直接在原来的基础上往后扩展就行，然后返回起始地址。
情况二 ：
1.在内存里重新找一块区域，这块区域直接满足40个字节的需求。
2.把原来的内容都拷贝在这个新内存里。
3.释放旧空间。（realloc主动释放，不用自己手动释放）
4.返回新的内存空间的起始地址。
情况三：新找的空间也不够，直接返回NULL。
所以我们在使用realloc的时候就不能直接像下面这样写。
int* p0 = (int*)malloc(20);
if (p0 == NULL)
{
perror("malloc fail");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(p0 + i) = i;
}
int* p0 = (int*)realloc(p0, 40); //错误写法因为一旦扩容失败，返回NULL，把NULL放在p0里，不但没有调整空间，原来的数据也丢失了。所以不能直接用原来的指针直接接受扩容后的新地址，要先进行一个判断，如下。
int* newptr = (int*)realloc(p0, 40);//新指针接收
if (newptr != NULL) //判断是否成功
{
p0 = newptr; //成功了再用原来的指针接管扩容后的空间
}
else //失败
{
perror("realloc fail");
//...
}不用了同样要free释放。
realloc函数的第一个参数如果传NULL指针的话，可以实现和malloc一样的功能。
realloc(NULL, 20); //== malloc(20);
3.常见的动态内存错误
3.1 对NULL指针解引用
void test1()
{
//INT_MAX是int最大值，此时空间开辟绝对是失败的
int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
*p = 20; //开辟空间失败返回NULL，不能对NULL解引用
free(p);
p = NULL;
}所以我们一定要判断malloc的返回值。
3.2 对动态开辟的空间越界访问
void test2()
{
int i = 0;
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
return;
}
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i; //当i为10时越界访问
}
free(p);
p = NULL;
}malloc申请的空间和数组非常相似，不可以越界访问。
3.3 对非动态开辟的内存使用free释放
void test3()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);
p = NULL;
}不是动态开辟的空间不需要free，int的空间在栈上，也不在堆上，动态申请的才在堆区上。free只释放动态开辟的。
3.4 使用free释放一块动态开辟内存的一部分
void test4()
{
int* p = (int*)malloc(100);
p++;
free(p); //p此时不再指向起始位置
p = NULL;
}
free(ptr)我们前面说过ptr必须是起始位置。只释放一部分程序会出错崩溃。
3.5 对同一块内存多次释放
void test5()
{
int* p = malloc(100);
free(p);
free(p); //不可重复释放
}这种情况最好避免发生的方法就是free之后赶紧置空。
void test5()
{
int* p = malloc(100);
free(p);
p = NULL;
free(p); //free空，什么都不发生
}
3.6 动态开辟的内存忘记释放
void test6()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (NULL != p)
{
*p = 20;
}
}int main()
{
test6();
//出test6函数后p就销毁了，想释放现在也释放不了
while (1);//程序死循环
return 0;
}自己已经不用了，不释放不还给操作系统，别人也不能用，会发生内存泄漏问题。
但是我们不用free释放，程序运行结束的时候，也会由操作系统回收，如果程序一直不退出呢？所以最好别忘记释放。
本篇分享就到这里，拜拜~
