6.内存管理(六)

C语言支持动态存储分配，即在程序执行期间分配内存单元的能力，利用动态存储分配，可以设计出能够根据需要扩大和缩小的数据结构。
C语言为内存的分配和管理提供了几个函数。这些函数可以在中找到。

void 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。
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。
void *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。当分配成功时，它返回一个指针，该指针指向n字节长度的未初始化的存储空间，否则返回NULL。
void *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。
这是因为在为了申请内存块而调用内存分配函数时，由于函数无法知道计算存储在内存块中的数据是什么类型，所以它不能返回int类型、char类型等普通类型的指针。
取而代之的，函数会返回void *类型的值。void *类型的值是通用指针，它本质上是内存地址。

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:

char name[100];

但是，如果您预先不知道需要存储的文本长度，例如您想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:

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

int main() {
    char name[100];
    char *description;

    strcpy(name, "Zara Ali");

    // 动态分配内存
    description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char));
    if (description == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
    } else {
        strcpy( description, "Zara ali a DPS student in class 10th");
    }
    printf("Name = %s\n", name);
    printf("Description: %s\n", description);
}

执行结果:

Name = Zara Ali
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:

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。

malloc()函数接受一个参数：所需的内存字节数。
malloc()函数会找到合适的空闲内存块，这样的的内存是匿名的。也就是说，malloc()分配内存，但是不会为其赋名。然而它确实返回动态分配内存块的首字节地址。因此，可以把该地址赋给一个指针变量，并使用指针访问这块内存。

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：

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

int main() {
    char name[100];
    char *description;

    strcpy(name, "Zara Ali");

    /* 动态分配内存 */
    description = (char *)malloc( 30 * sizeof(char));
    if ( description == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
    } else {
        strcpy( description, "Zara ali a DPS student.");
    }
    /* 假设您想要存储更大的描述信息 */
    description = realloc( description, 100 * sizeof(char));
   if (description == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
    } else {
        strcat( description, "She is in class 10th");
    }

    printf("Name = %s\n", name);
    printf("Description: %s\n", description);

    // 使用 free() 函数释放内存
    free(description);
}

执行结果:

Name = Zara Ali
Description: Zara ali a DPS student.She is in class 10th

空指针

当调用内存分配函数时，总存在这样的可能性。找不到满足我们需要的足够大的内存块，如果真的发生了这类问题，函数会返回空指针(null pointer)。空指针是不指向任何地方的指针。空指针用名为NULL的宏来表示。

在C语言中，指针测试真假的方法和数的测试一样。所有非空指针都为真，而只有空指针为假。因此

if (p == NULL)可以写成if (!p)

内存泄露

malloc函数和其他内存分配函数所获得的内存块都来自一个称为堆（heap）的存储池。过于频繁的调用这些函数（或者让函数申请大内存块）可能会耗尽堆，这会导致函数返回空指针。更糟的是，程序可能分配了内存块，然后又丢失了对这些块的记录，因此浪费了空间。例如:

```; p = malloc(...); q = malloc(...); p = q;


在执行完前两句语句后，p指向了一个内存块，而q指向了另一个内存块。

在把q赋值给p之后，两个指针现在都指向了第二个内存块。因为没有指针指向第一个内存块，所以再也不能使用此内存块了。

对程序而言，不可再访问到的内存块成为垃圾（garbage）。留有垃圾的程序存在内存泄露（memory leak）现象。一些语言提供垃圾收集器（garbage collector）用于垃圾的自动定位和回收，但是C语言不提供。相反，每个C程序负责回收各自的垃圾，方法是调用free函数来释放不需要的内存:  

```c
p = malloc(...);
q = malloc(...);
free(p);
p = q;

邮箱：charon.chui@gmail.com
Good Luck!