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。

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 numsize 个字节长度的内存空间，并且每个字节的值都是0。
2**void 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：

  1. char name[100];

但是，如果您预先不知道需要存储的文本长度，例如您向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

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  5. int main()
  6. {
  7.    char name[100];
  8.    char *description;
  10.    strcpy(name, "Zara Ali");
  12.    /* 动态分配内存 */
  13.    description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char) );
  14.    if( description == NULL )
  15.    {
  16.       fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
  17.    }
  18.    else
  19.    {
  20.       strcpy( description, "Zara ali a DPS student in class 10th");
  21.    }
  22.    printf("Name = %s\n", name );
  23.    printf("Description: %s\n", description );
  24. }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

  1. Name = Zara Ali
  2. 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：

  1. 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

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  5. int main()
  6. {
  7.    char name[100];
  8.    char *description;
  10.    strcpy(name, "Zara Ali");
  12.    /* 动态分配内存 */
  13.    description = (char *)malloc( 30 * sizeof(char) );
  14.    if( description == NULL )
  15.    {
  16.       fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
  17.    }
  18.    else
  19.    {
  20.       strcpy( description, "Zara ali a DPS student.");
  21.    }
  22.    /* 假设您想要存储更大的描述信息 */
  23.    description = (char *) realloc( description, 100 * sizeof(char) );
  24.    if( description == NULL )
  25.    {
  26.       fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
  27.    }
  28.    else
  29.    {
  30.       strcat( description, "She is in class 10th");
  31.    }
  33.    printf("Name = %s\n", name );
  34.    printf("Description: %s\n", description );
  36.    /* 使用 free() 函数释放内存 */
  37.    free(description);
  38. }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

  1. Name = Zara Ali
  2. 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。

对于 void 指针，GNU 认为 void 和 char 一样，所以以下写法是正确的:

  1. description = malloc( 200 * sizeof(char) );

但按照 ANSI(American National Standards Institute) 标准，需要对 void 指针进行强制转换，如下:

  1. description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char) );

同时，按照 ANSI(American National Standards Institute) 标准，不能对 void 指针进行算法操作:

  1. void * pvoid;
  2. pvoid++; //ANSI：错误
  3. pvoid += 1; //ANSI：错误
  4. // ANSI标准之所以这样认定，是因为它坚持：进行算法操作的指针必须是确定知道其指向数据类型大小的。
  6. int *pint;
  7. pint++; //ANSI：正确

对于我们手动分配的内存，在 C 语言中是不用强制转换类型的。

  1. description = malloc( 200 * sizeof(char) ); // C 语言正确。
  2. description = malloc( 200 * sizeof(char) ); // C++ 错误

但是 C++ 是强制要求的，不然会报错。