零基础学C语言内存知识总结：realloc函数和free函数

Posted 2022-11-20 一起学编程

realloc函数

realloc()函数可以重用或扩展以前用malloc()、calloc()及realloc()函数自身分配的内存。

函数原型：

extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);
//指针名 = （数据类型*） realloc （要改变内存大小的指针名，新的大小）。
//新的大小一定要大于原来的大小，不然的话会导致数据丢失！
//如果newsize大小为0，那么释放mem_address指向的内存，并返回NULL。

        先判断当前的指针是否有足够的连续空间，如果有，扩大mem_address指向的地址，并且将 mem_address返回，如果空间不够，先按照 newsize 指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来 mem_address 所指内存区域（注意：原来指针是自动释放，不需要使用free），同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。

1、 realloc()函数需两个参数：一个是包含地址的指针（该地址由之前的malloc()、calloc()或realloc()函数返回），另一个是要新分配的内存字节数。

2、 realloc()函数分配第二个参数指定的内存量，并把第一个参数指针指向的之前分配的内容复制到新配的内存中，且复制的内容长度等于新旧内存区域中较小的那一个。即新内存大于原内存，则原内存所有内容复制到新内存，如果新内存小于原内存，只复制长度等于新内存空间的内容。

3、realloc()函数的第一个参数若为空指针，相当于分配第二个参数指定的新内存空间，此时等价于malloc()、calloc()或realloc()函数。

4、如果是将分配的内存扩大，则有以下3种情况：

    1）  如果当前内存段后面有需要的内存空间，则直接扩展这段内存空间，realloc()将返回原指针。

    2）  如果当前内存段后面的空闲字节不够，那么就使用堆中的第一个能够满足这一要求的内存块，将目前的数据复制到新的位置，并将原来的数据块释放掉，返回新的内存块地址位置。

    3）  如果申请失败，将返回NULL，此时，原来的指针仍然有效。

注意事项：

1、第一个参数要么是空指针，要么是指向以前分配的内存。如果不指向以前分配的内存或指向已释放的内存，结果就是不确定的。

2、 如果调用成功，不管当前内存段后面的空闲空间是否满足要求，都会释放掉原来的指针，重新返回一个指针，虽然返回的指针有可能和原来的指针一样，即不能再次释放掉原来的指针。

返回值：如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。

注意：这里原始内存中的数据还是保持不变的。当内存不再使用时，应使用free()等函数将内存块释放

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()

	int i;
	int *t;

	int*pn = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//这里只是申请10个int的空间
	t = pn;

	for (i = 0; i < 10; i++)   //赋值
		pn[i] = i;
	

					//如果将这里的数值改大就将有可能出现空闲空间不足，从而申请一块新内存
	pn = (int*)realloc(pn, 20 * sizeof(int)); //多扩充10个int空间加上之前的就是一共20个int

	for (i = 10; i < 20; i++) //再赋值  注意从第10个开始的
		pn[i] = i;
	

	for (i = 0; i < 20; i++) //输出
		printf("%3d", pn[i]);
	

	printf("\\n");
	printf("p=%p \\nt=%p\\n", pn, t);//输出地址


	free(pn);//释放空间
	pn = NULL;//指针指空

	return 0;




如果申请空间的数值较小，原来申请的动态内存后面还有空余内存，系统将直接在原内存空间后面扩容
并返回原动态空间基地址；如果申请空间的数值较大，原来申请的空间后面没有足够大的空间扩容，
系统将重新申请一块新的内存，并把原来空间的内容拷贝过去，原来空间OS自动free;如果申请空间的数值非常大，
系统内存申请失败，返回NULL,原来的内存不会释放。注意：如果扩容后的内存空间较原空间小，将会出现数据丢失，
如果直接realloc(p, 0);相当于free(p).

使用总结：

（1）realloc失败的时候，返回NULL

（2）realloc失败的时候，原来的内存不改变，不会释放也不会移动

（3）假如原来的内存后面还有足够多剩余内存的话，realloc的内存=原来的内存+剩余内存,realloc还是返回原来内存的地址; 假如原来的内存后面没有足够多剩余内存的话，realloc将申请新的内存，然后把原来的内存数据拷贝到新内存里，原来的内存将被free掉,realloc返回新内存的地址

（4）如果size为0，效果等同于free()。这里需要注意的是只对指针本身进行释放，例如对二维指针**a，对a调用realloc时只会释放一维，使用时谨防内存泄露。

（5）传递给realloc的指针必须是先前通过malloc(),calloc(), 或realloc()分配的

（6）传递给realloc的指针可以为空，等同于malloc。

malloc与free函数

malloc中文叫动态内存分配，用于申请一块连续的指定大小的内存块区域以void*类型返回分配的内存区域地址，当无法知道内存具体位置的时候，想要绑定真正的内存空间，就需要用到动态的分配内存，且分配的大小就是程序要求的大小。

函数原型：

void * malloc（size_t size）；

在以前 malloc返回的是char型指针，新的ANSIC标准规定，该函数返回为void型指针，因此必要时要进行类型转换。
它能向系统申请分配一个长度为num_bytes（或size）个字节的内存块。

其作用是在内存的动态存储区中分配一个长度为size的连续空间。当函数申请内存分配成功时，
此函数的返回值是分配区域的起始地址，或者说，此函数是一个指针型函数，返回的指针指向该分配域的开头位置。
（它返回的是分配得到的内存的首字节地址），如果无法获得符合要求的内存块，malloc函数会返回空指针

size为要申请的空间大小，需要我们手动的去计算，如int *p = (int  * )malloc(20*sizeof(int)),如果编译器默认int为4字节存储的话，那么计算结果是80 Byte，一次申请一个80 Byte的连续空间，并将空间基地址强制转换为int类型，赋值给指针p,此时申请的内存值是不确定的。

malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓 空闲链表的功能。

调用malloc函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后，将该内存块一分为二（一块的大小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。

调用free函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后，空闲链会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。

于是，malloc函数请求延时，并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段，对它们进行整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。如果无法获得符合要求的内存块，malloc函数会返回NULL指针（空指针），因此在调用malloc动态申请内存块时，一定要进行返回值的判断。

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

int main(void)

	int count, *array; /*count是一个计数器，array是一个整型指针，也可以理解为指向一个整型数组的首地址*/

	if ((array=(int *) malloc(10 * sizeof(int))) == NULL)//把类型强制转换为int 申请内存空间 10个int的空间 
							     //一个int大小是sizeof(int)
	
		printf("不能成功分配存储空间。");
		exit(1); //强制结束程序
	

	for (count = 0; count < 10; count++)  /*给数组赋值*/
		array[count] = count;
	

	for (count = 0; count < 10; count++)  /*打印数组元素*/
		printf("%2d", array[count]);
	
	return 0;

free函数：

free()是C语言中释放内存空间的函数，通常与申请内存空间的函数malloc()结合使用，可以释放由 malloc()、calloc()、realloc() 等函数申请的内存空间。

函数原型：

void free(void *ptr);
ptr-- 指针指向一个要释放内存的内存块，该内存块之前是通过调用 
malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果传递的参数是一个空指针，则不会执行任何动作。
该函数不返回任何值。

上面的例子：

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

int main(void)

	int count, *array; /*count是一个计数器，array是一个整型指针，也可以理解为指向一个整型数组的首地址*/

	if ((array=(int *) malloc(10 * sizeof(int))) == NULL)//把类型强制转换为int 申请内存空间 10个int的空间 
															//一个int大小是sizeof(int)
	
		printf("不能成功分配存储空间。");
		exit(1); //强制结束程序
	

	for (count = 0; count < 10; count++)  /*给数组赋值*/
		array[count] = count;
	

	for (count = 0; count < 10; count++)  /*打印数组元素*/
		printf("%2d", array[count]);
	
	
	free(array);  //刚刚没有进行释放内存

	return 0;



******free的重要性：*******

静态内存的数量在编译时是固定的，在运行期间也不会改变，
自动变量使用的内存数量在程序执行期间自动增加或减少，但是动态内存分配内存的数量只会增加，除非使用free函数进行释放

它创建了指针array，并调用了malloc函数进行内存分配了（10* 4(int) ）40个字节的内存，假设，如代码注释所示，
遗漏了free,当函数结束时，作为自动变量的指针array也会消失，但是它所指向的40个字节的内存却仍然存在，
由于array指针已被销毁，所以无法访问这块内存，它也不能被重复使用，因为代码中没有调用free函数释放这块内存，
如果是一个函数，当第二次调用它时，它又创建了array指针，并调用malloc分配40个字节的内存，第一次调用的40个字节的内存已不可用，
所以malloc函数分配了另外的内存，当函数结束时该内存也无法被访问和再使用，如果循环要进行1000次,那么每一次的调用都会分配内存，
持续增加，实际上，等不到程序结束，内存早已被耗尽，这类问题被称为内存泄漏，所以 为防止这类问题的发生，
必须要在动态内存分配函数后加上free函数释放内存。

总结：

malloc 必须要由我们计算字节数，并且在返回后强行转换为实际类型的指针。另外有一点不能直接看出的区别是，malloc 只管分配内存，并不能对所得的内存进行初始化，所以得到的一片新内存中，其值将是随机的

一般使用后要使用free(起始地址的指针) 对内存进行释放，不然内存申请过多会导致内存泄漏会影响计算机的性能，以至于得重启电脑。如果使用过后不清零，还可以使用该指针对该块内存进行访问。

通常，malloc函数要和free函数一起配对使用，free函数的参数是之前mallloc函数返回的地址（指针），该函数释放之前malloc函数分配的内存，因此，动态内存分配的存储期是从动态内存分配函数malloc（或其他）到f调用ree函数释放内存为止，涉嫌malloc和free函数管理着一个内存池。

每次调用malloc分配内存给程序使用，每次调用free函数把内存空间归还给内存池中，这样便可以重复使用这些内存，free函数的参数应该是一个指针，指向由malloc函数分配的一块内存，不能用free函数释放通过其他方式（如 ：声明一个数组），分配的内存，malloc函数和free函数的原型都在stdio.h头文件中。

作者：Mr_Li_

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