C 内存管理学习笔记

在 C 语言中，程序员需要自己手动管理内存的分配和释放。这是因为 C 语言的出发点是底层操作系统编程，需要保证程序的效率和稳定性，而手动管理内存可以更精细地控制程序的资源消耗。

内存分配函数

C 语言提供了以下几个函数用于动态内存分配：

malloc()

Copy Code
void *malloc(size_t size);

• 功能：分配一块指定大小的内存空间。
• 参数：size 表示需要分配的内存空间大小。
• 返回值：返回一个指向分配内存起始地址的指针。如果分配失败，返回 NULL。

例如：

cCopy Code
int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); // 分配一个整型变量的大小
if (p == NULL) {
    printf("Memory allocation failed.\n");
    return 1;
} else {
    *p = 123;
    printf("Value of p: %d\n", *p);
    free(p); // 释放内存
}

calloc()

Copy Code
void *calloc(size_t num, size_t size);

• 功能：分配一块指定数量和大小的内存空间，并将所有位初始化为零值。
• 参数：num 表示需要分配的内存空间的数量，size 表示每个内存空间的大小。
• 返回值：返回一个指向分配内存起始地址的指针。如果分配失败，返回 NULL。

例如：

cCopy Code
int *p = (int *)calloc(5, sizeof(int)); // 分配包含 5 个整型变量的空间，所有位初始化为 0
if (p == NULL) {
    printf("Memory allocation failed.\n");
    return 1;
} else {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("Value of p[%d]: %d\n", i, p[i]);
    }
    free(p); // 释放内存
}

realloc()

Copy Code
void *realloc(void *ptr, size_t size);

• 功能：重新分配已经分配的内存空间大小。
• 参数：ptr 表示需要重新分配的内存指针，size 表示需要分配的内存空间大小。
• 返回值：返回一个指向分配内存起始地址的指针。如果分配失败，返回 NULL。

例如：

cCopy Code
int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); // 分配一个整型变量的大小
if (p == NULL) {
    printf("Memory allocation failed.\n");
    return 1;
} else {
    *p = 123;
    printf("Value of p: %d\n", *p);

    p = (int *)realloc(p, sizeof(int) * 2); // 将内存空间重新分配为两个整型变量的大小
    if (p == NULL) {
        printf("Memory reallocation failed.\n");
        return 1;
    } else {
        *(p + 1) = 456;
        printf("Value of p[1]: %d\n", *(p + 1));
        free(p); // 释放内存
    }
}

内存释放函数

在使用完动态分配的内存后，必须手动将其释放，否则会导致内存泄漏问题。C 语言提供了以下函数用于内存释放：

free()

Copy Code
void free(void *ptr);

• 功能：释放已经分配的内存空间。
• 参数：ptr 表示需要释放的内存指针。

例如：

cCopy Code
int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); // 分配一个整型变量的大小
if (p == NULL) {
    printf("Memory allocation failed.\n");
    return 1;
} else {
    *p = 123;
    printf("Value of p: %d\n", *p);
    free(p); // 释放内存
}

实例

下面是一个动态分配二维数组并进行赋值的例子：

cCopy Code
int main() {
    int row = 3, col = 4;
    int **matrix = (int **)malloc(sizeof(int *) * row); // 分配包含 row 个指针的数组
    if (matrix == NULL) {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        return 1;
    } else {
        for (int i = 0; i < row; i++) {
            *(matrix + i) = (int *)malloc(sizeof(int) * col); // 分配包含 col 个整型变量的数组
            if (*(matrix + i) == NULL) {
                printf("Memory allocation failed.\n");
                return 1;
            } else {
                for (int j = 0; j < col; j++) {
                    *(*(matrix + i) + j) = i * j; // 对每个元素赋值
                    printf("%d ", *(*(matrix + i) + j));
                }
                printf("\n");
            }
        }

        for (int i = 0; i < row; i++) {
            free(*(matrix + i)); // 释放每行数组的空间
        }
        free(matrix); // 释放指针数组的空间
    }

    return 0;
}

以上就是动态内存分配和释放的基本操作，程序员需要谨慎使用，避免出现内存泄漏和空指针访问等问题。