C笔记--动态内存

Posted 2022-11-29 ljt2724960661

        C语言中，通常不知道需要处理的数据量时，就需要考虑用动态内存，数组的元素存储于内存中连续的位W上。当一个数组被声明时，它所需要的内存在编译时就被分配。但是，你也可以使用动态内存分配在运行时为它分配内存。为什么使用动态内存分配？当你声明数组时，你必须用一个编译时常量指定数组的长度。但是，数组的长度常常在运行时才知道，这是由于它所需要的内存空间取决于输入数据。例如，个用于计算学生等级和平均分的程序可能需要存储一个班级所有学生的数据，但不同班级的学生数量可能不同、在这些情况下，我们通常采取的方法是声明一个较大的数组，它可以容纳可能出现的最多元素。

      C函数库提供了两个函数，malloc和free，分别用于执行动态内存分配和释放。这些函数维护一个可用内存池。当一个程序另外需要一些内存时，它就调用malloc 函数，malloc从内存池中提取块合适的内存，并向该程序返回个指向这块内存的指针。这块内存此时并没有以任何方式进行初始化。如果对这块内存进行初始化非常重要，你要么自已动手对它进行初始化，要么使用calloc函数。当一块以前分配的内存不再使用时，程序调用free函数把它归还给内存池供以后之需。这两个函数的原型如下所示，它们都在头文件stdlib.h中声明，如下:

void *malloc( size.t s1ze );
void free( void *pointer );

malloc的参数就是需要分配的内存字节（字符）数！。如果内存池中的可用内存可以满足这个需求,malloc就返回一个指向被分配的内存块起始位置的指针.malloc所分配的是一块连续的内存。

看个栗子:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() 
  int n, i, *ptr, sum = 0;

  printf("Enter number of elements: ");
  scanf("%d", &n);

  ptr = (int*) malloc(n * sizeof(int));
 
  // if memory cannot be allocated
  if(ptr == NULL) 
    printf("Error! memory not allocated.");
    exit(0);
  

  printf("Enter elements: ");
  for(i = 0; i < n; ++i) 
    scanf("%d", ptr + i);
    sum += *(ptr + i);
  

  printf("Sum = %d", sum);
  
  // deallocating the memory
  free(ptr);

  return 0;

输出:

Enter number of elements: 3
Enter elements: 100
21
36
Sum = 157

          如果内存池是空的，或者它的可用内存无法满足你的请求，会发生什么情况呢？在这种情况下，malloc函数向操作系统请求，要求得到更多的内存，并在这块新内存上执行分配任务。如果操作系统无法 向malloc提供更多的内存，malloc就返回一个NULL指针。因此，对每个从malloc返回的指针都进行检查，确保它并非NULL是非常重要的。

         malloc又是如何知道你所请求的内存需要存储的是整数、浮点值、结构还是数组呢？它并不知情—malloc返回-个类型为void*的指针，正是缘于这个原因。标准表示个void*类型的指针可以转换为其他任何类型的指针。但是，有些编译器，尤其是那些老式的编译器，可能要求你在转换时使用强制类型转换。对于要求边界对齐的机器，malloc所返回的内存的起始位胃将始终能够满足对边界对齐要求最严格的类型的要求。

另外两个内存分配函数，calloc和realloc。它们的原型如下所示：

void *calloc( size_t mum_elementy,size_t element_size );

void realloc( void *ptr, s1ze_t new_sjze );

         calloc 也用于分配内存。malloc和calloc 之间的主要区别是后者在返回指向内存的指针之前把它初始化为0。这个初始化常常能带来方便，但如果你的程序只是想把一些值存储到数组中，那么这个初始化过程纯属浪费时间。calloc和malloc之间另一个较小的区别是它们请求内存数量的方式不同。calloc的参数包括所需元素的数量和每个元素的字节数。根据这些值，它能够计算出总共需要分配的内存。realloc函数用于修改“个原先已经分配的内存块的大小。使用这个函数，你可以使一块内存扩大或缩小。如果它用于扩大个内存块，那么这块内存原先的内容依然保留，新增加的内存添加到原先内存块的后面，新内存并未以任何方法进行初始化。如果它用于缩小一个内存块，该内存块尾部的部分内存便被拿掉，剩余部分内存的原先内容依然保留。如果原先的内存块无法改变大小，realloc将分配另一块正确大小的内存，并把原先那块内存的内容复制到新的块上。因此，在使用realloc之后，你就不能再使用指向内存的指针，而是应该改用realloc所返回的新指针。最后，如果realloc 函数的第1个参数是NULL，那么它的行为就和malloc一模一样。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() 
  int n, i, *ptr, sum = 0;
  printf("Enter number of elements: ");
  scanf("%d", &n);

  ptr = (int*) calloc(n, sizeof(int));
  if(ptr == NULL) 
    printf("Error! memory not allocated.");
    exit(0);
  

  printf("Enter elements: ");
  for(i = 0; i < n; ++i) 
    scanf("%d", ptr + i);
    sum += *(ptr + i);
  

  printf("Sum = %d", sum);
  free(ptr);
  return 0;

输出：

Enter number of elements: 3
Enter elements: 100
22
36
Sum = 158

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() 
  int *ptr, i , n1, n2;
  printf("Enter size: ");
  scanf("%d", &n1);

  ptr = (int*) malloc(n1 * sizeof(int));

  printf("Addresses of previously allocated memory:\\n");
  for(i = 0; i < n1; ++i)
    printf("%pc\\n",ptr + i);

  printf("\\nEnter the new size: ");
  scanf("%d", &n2);

  // rellocating the memory
  ptr = realloc(ptr, n2 * sizeof(int));

  printf("Addresses of newly allocated memory:\\n");
  for(i = 0; i < n2; ++i)
    printf("%pc\\n", ptr + i);
  
  free(ptr);

  return 0;

输出：

Enter size: 2
Addresses of previously allocated memory:
26855472
26855476