面试官：如何使用malloc、free、calloc、realloc动态内存开辟函数

亦凉 2023-10-05 23:07 130阅读 0赞

**目录**

1 malloc和free

2 calloc

3 realloc

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## 1malloc和free ##

C语言提供了一个动态内存开辟的函数：

![f94fbb741b4e4a5c88ae44957e1b10eb.png][]

参数表示我要开辟多少个字节。

![3dac88c229884906afd521fc594e91d5.png][]

这个函数向内存申请一块**连续可用**的空间, 并返回指向这块空间的指针。

1.  如果开辟成功，则返回一个指向开辟好空间的指针。
2.  如果开辟失败，则返回一个NULL指针，因此malloc的返回值一定要做检查。
3.  返回值的类型是void\*，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。
4.  如果参数size为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

C语言提供了另外一个函数 free ，专门是用来做动态内存的释放和回收的。![50ad18d218d34d0d9909528d07e58660.png][]

free用来释放动态开辟的内存。

1.  如果参数 **memblock** 指向的空间不是动态开辟的，那 free 函数的行为是未定义的。
2.  如果 memblock 是NULL指针，则函数什么时都不做。

先来看**malloc**如何使用

开辟成功的例子：

#include<stdio.h>
    #include<string.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<errno.h>
    
    int main()
    {
    	int arr[10] = { 0 };
        //开辟40个字节的空间
    	int* p = (int*)malloc(40);//malloc返回类型为void*，所以要强制类型转换成int*
        //判断开辟空间是否成功
    	if (p == NULL)
    	{
    		printf("%s\n", strerror(errno));
    		return 1;
    	}
    	//开辟成功，开始使用
    	int i = 0;
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		*(p + i) = i;//找到数组元素并赋值
    	}
    	//打印数组元素
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		printf("%d ", *(p + i));
    	}
    	return 0;;
    }

代码结果：

![28ec75fb33c149c6b61101f4a2066a6e.png][]

开辟失败的例子：

这里会使用 **INT\_MAX****，**它的意思是整形的最大值。鼠标右击点过去，出现以下弹窗后再点击转到定义。

![11b9bf20d345419280d9705886f7cf78.png][]

点击转到定义后会出现以下界面。

![c423d6974143462ead7f65ea594302a6.png][]

代码展示：

#include<stdio.h>
    #include<string.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<errno.h>
    
    int main()
    {
    	int arr[10] = { 0 };
    	int* p = (int*)malloc(INT_MAX);//整形最大值
    	if (p == NULL)
    	{
    		printf("%s\n", strerror(errno));
    		return 1;
    	}
    	//开辟成功，开始使用
    	int i = 0;
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		*(p + i) = i;//找到数组元素并赋值
    	}
    	//打印数组元素
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		printf("%d ", *(p + i));
    	}
    	return 0;;
    }

代码结果：空间开辟失败

![e6912dc5f86342e6b07e51607afc8b53.png][]

整形数组和 malloc 开辟出来的空间有什么不一样的吗

![72f73be29cb2471889e394b956179e80.png][]

整形数组在栈区开辟空间，malloc 在堆区开辟空间。

内存泄露：

在使用完一块空间后，没有把它还回去，自己也不再继续使用，导致别人也没有办法使用，这就叫内存泄露，好像是这块空间消失了一样。比如说，我借给你一本书，你又不看，又不还给我，导致我也看不了，这本书就没意义了。

**注意**：没有 free 并不是说内存空间就不会回收了，当程序退出的时候，系统会自动回收内存空间的。

**free** 如何使用

#include<stdio.h>
    #include<string.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<errno.h>
    
    int main()
    {
    	int arr[10] = { 0 };
    	//开辟40个字节的空间
    	int* p = (int*)malloc(40);//malloc返回类型为void*，所以要强制类型转换成int*
    	//判断开辟空间是否成功
    	if (p == NULL)
    	{
    		printf("%s\n", strerror(errno));
    		return 1;
    	}
    	//开辟成功，开始使用
    	int i = 0;
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		*(p + i) = i;//找到数组元素并赋值
    	}
    	//打印数组元素
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		printf("%d ", *(p + i));
    	}
    	//释放内存
    	free(p);
    	p = NULL;
    	return 0;;
    }

![d54a99a777c342279b0c1eee48af969f.png][]

![bd8f8a0bad89470fb1f9aef9be552298.png][]

free 的意思是把刚刚开辟的40个字节的空间还给操作系统了，执行 free 释放内存后，可以看到 p 的值没有改变，所以最合适的方法是将 p 设为空指针（NULL）。

p 虽然将空间还回去了，但是依然可以用地址访问到之前的空间。如果真要访问的话，会造成野指针，将会是一件十分危险的事情。所以为了防止野指针的出现，将它置为空指针。

看到这里可以发现，malloc 和 free 是一对的，在写代码的时候这两个要搭配使用。做到 malloc 开辟，free 释放。

## 2 calloc ##

C语言还提供了一个函数叫 calloc ，也是用来动态内存分配的。

![07dda6ba82834a369e1071ff8110eca3.png][]

1.  函数的功能是为num个大小为size的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
2.  与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为0

![6ca32311438342eba4b1ed6c9d30cbe4.png][]

例子：

#include<stdio.h>
    #include<string.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<errno.h>
    
    int main()
    {
    	//开辟10个整形的空间
    	int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    	//判断是否开辟成功
    	if (NULL == p)
    	{
    		printf("%s\n", strerror(errno));
    		return 1;
    	}
    	//开辟成功
    	int i = 0;
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		printf("%d ", *(p + i));
    	}
    	//释放
    	free(p);
        p = NULL;
    	return 0;
    }

代码结果：

![0e70095c3f054c889477f962ab31e832.png][]

可以看到数组内容被初始化成了全0.

## 3 realloc ##

1.  realloc 函数的出现让动态内存管理更加灵活。
2.  有时会我们发现过去申请的空间太小了，有时候我们又会觉得申请的空间过大了，那为了合理的时候内存，我们一定会对内存的大小做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存大小的调整。

![52b878f139a24c878fd746326aca23cc.png][]

1.  memblock是要调整的内存地址
2.  size调整之后新大小
3.  返回值为调整之后的内存起始位置。
4.  这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。
5.  realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

本身有40个字节，要增加40个字节，总共是80个字节。（调整之后的大小）

情况1：**原有空间之后没有足够大的空间**

![c72517a3c3bc48d98b4f2c733a12b692.png][]

如果是情况1的时候该怎么做呢？

1.  **realloc** 会直接开辟80个字节的空间来使用，而之前开辟的会覆盖使用过空间的空间则不会使用。
2.  它会先找到旧的空间，把旧的空间里的数据拷贝过来。
3.  返回的时候会返回新的空间的起始地址，给我们的感觉就好像是空间增加了40个字节。
4.  而旧的空间不需要手动释放，旧的空间会被 realloc 自动释放。

示意图

![48f2782bb6fe4e8793146a8d6572b877.png][]

情况2：**原有空间之后有足够大的空间**

![81a3e573763b43738d37394cbafff33d.png][]

在旧的空间后面直接增加40个字节的空间，与情况1不同的是，情况2返回的是旧的地址。

![863becf3d5d34b7d8366b35553ae76e2.png][] ptr 和 p 的地址一样，说明这是属于第2种空间足够的情况，返回的是旧地址。

先将要开辟的空间设置的大一点，这样比较好观察第1中情况。

![4f5ee4a9b8114da4b3f9e4d3028da0d1.png][]

![953d2b2f623a4d478f3ad15feb3af6b1.png][]

两个地址不一样，说明这是属于第2中空间不够用的情况，返回的是一个新地址。

代码演示

#include<stdio.h>
    #include<string.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<errno.h>
    
    int main()
    {
    	int* p = (int*)malloc(40);
        //判断
    	if (NULL == p)
    	{
    		printf("%s\n", strerror(errno));
    		return 1;
    	}
    	//开辟成功，使用 - 初始化为1~10
    	int i = 0;
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		*(p + i) = i + 1;
    	}
    	//扩容
    	int* ptr = (int*)realloc(p, 80);
    	//判断ptr是否有效
    	if (NULL != ptr)
    	{
    		p = ptr;
    	}
    	//使用
    	for (i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		printf("%d ", * (p + i));
    	}
    	//释放
    	free(p);
    	p = NULL;
    	return 0;
    }

代码结果：

![e6bde68b73e64f5aafa76c9f64b7cfaf.png][]

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