C 内存管理

本章将讲解 C 中的动态内存管理。C 语言为内存的分配和管理提供了几个函数。这些函数可以在 <stdlib.h> 头文件中找到。

在 C 语言中，内存是通过指针变量来管理的。指针是一个变量，它存储了一个内存地址，这个内存地址可以指向任何数据类型的变量，包括整数、浮点数、字符和数组等。C 语言提供了一些函数和运算符，使得程序员可以对内存进行操作，包括分配、释放、移动和复制等。

序号函数和描述
1void *calloc(int num, int size);
在内存中动态地分配 num 个长度为 size 的连续空间，并将每一个字节都初始化为 0。所以它的结果是分配了 num*size 个字节长度的内存空间，并且每个字节的值都是 0。
2void free(void *address);
该函数释放 address 所指向的内存块,释放的是动态分配的内存空间。
3void *malloc(int num);
在堆区分配一块指定大小的内存空间，用来存放数据。这块内存空间在函数执行完成后不会被初始化，它们的值是未知的。
4void *realloc(void *address, int newsize);
该函数重新分配内存，把内存扩展到 newsize。

注意：void * 类型表示未确定类型的指针。C、C++ 规定 void * 类型可以通过类型转换强制转换为任何其它类型的指针。


动态分配内存

编程时，如果您预先知道数组的大小，那么定义数组时就比较容易。例如，一个存储人名的数组，它最多容纳 100 个字符，所以您可以定义数组，如下所示：

char name[100];

但是，如果您预先不知道需要存储的文本长度，例如您想存储有关一个主题的详细描述。在这里，我们需要定义一个指针，该指针指向未定义所需内存大小的字符，后续再根据需求来分配内存，如下所示：

实例

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> int main() { char name[100]; char *description; strcpy(name, "Zara Ali"); /* 动态分配内存 */ description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char) ); if( description == NULL ) { fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n"); } else { strcpy( description, "Zara ali a DPS student in class 10th"); } printf("Name = %s\n", name ); printf("Description: %s\n", description ); }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Name = Zara Ali
Description: Zara ali a DPS student in class 10th

上面的程序也可以使用 calloc() 来编写，只需要把 malloc 替换为 calloc 即可，如下所示：

calloc(200, sizeof(char));

当动态分配内存时，您有完全控制权，可以传递任何大小的值。而那些预先定义了大小的数组，一旦定义则无法改变大小。

重新调整内存的大小和释放内存

当程序退出时，操作系统会自动释放所有分配给程序的内存，但是，建议您在不需要内存时，都应该调用函数 free() 来释放内存。

或者，您可以通过调用函数 realloc() 来增加或减少已分配的内存块的大小。让我们使用 realloc() 和 free() 函数，再次查看上面的实例：

实例

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> int main() { char name[100]; char *description; strcpy(name, "Zara Ali"); /* 动态分配内存 */ description = (char *)malloc( 30 * sizeof(char) ); if( description == NULL ) { fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n"); } else { strcpy( description, "Zara ali a DPS student."); } /* 假设您想要存储更大的描述信息 */ description = (char *) realloc( description, 100 * sizeof(char) ); if( description == NULL ) { fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n"); } else { strcat( description, "She is in class 10th"); } printf("Name = %s\n", name ); printf("Description: %s\n", description ); /* 使用 free() 函数释放内存 */ free(description); }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Name = Zara Ali
Description: Zara ali a DPS student.She is in class 10th

您可以尝试一下不重新分配额外的内存，strcat() 函数会生成一个错误，因为存储 description 时可用的内存不足。

C 语言中常用的内存管理函数和运算符

  • malloc() 函数：用于动态分配内存。它接受一个参数，即需要分配的内存大小（以字节为单位），并返回一个指向分配内存的指针。

  • free() 函数：用于释放先前分配的内存。它接受一个指向要释放内存的指针作为参数，并将该内存标记为未使用状态。

  • calloc() 函数：用于动态分配内存，并将其初始化为零。它接受两个参数，即需要分配的内存块数和每个内存块的大小（以字节为单位），并返回一个指向分配内存的指针。

  • realloc() 函数：用于重新分配内存。它接受两个参数，即一个先前分配的指针和一个新的内存大小，然后尝试重新调整先前分配的内存块的大小。如果调整成功，它将返回一个指向重新分配内存的指针，否则返回一个空指针。

  • sizeof 运算符：用于获取数据类型或变量的大小（以字节为单位）。

  • 指针运算符：用于获取指针所指向的内存地址或变量的值。

  • & 运算符：用于获取变量的内存地址。

  • * 运算符：用于获取指针所指向的变量的值。

  • -> 运算符：用于指针访问结构体成员，语法为 pointer->member，等价于 (*pointer).member。

  • memcpy() 函数：用于从源内存区域复制数据到目标内存区域。它接受三个参数，即目标内存区域的指针、源内存区域的指针和要复制的数据大小（以字节为单位）。

  • memmove() 函数：类似于 memcpy() 函数，但它可以处理重叠的内存区域。它接受三个参数，即目标内存区域的指针、源内存区域的指针和要复制的数据大小（以字节为单位）。