编译预处理和动态存储分配（2）

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2 动态存储分配

　　在此之前，我们用于存储数据的变量和数组都必须在说明部分进行定义。C编译程序通过定义语句了解它们所需存储空间的大小，并预先为其分配适当的内存空间。这些空间一经分配，在变量或数组的生存期内是固定不变的。故称这种分配方式为“静态存储分配”。

　　C语言中还有一种称作“动态存储分配”的内存空间分配方式：在程序执行期间需要空间来存储数据时，通过“申请”得到指定的内存空间；当有闲置不用的空间时，可以随时将其释放。用户可以通过调用C语言提供的标准库函数来实现动态分配，从而得到指定数目的内存空间或释放指定的内存空间。

　　ANSI C标准为动态分配系统定义了四个函数：malloc、calloc、free、realloc。使用这些函数时，必须在程序开头包含头文件 stdlib.h。

　　2.1 malloc 函数和 free 函数

　　2.1.1 malloc 函数

　　ANSI C标准规定 malloc 函数返回值类型为 void*，函数的调用形式为：malloc(size)。要求 size 的类型为 unsigned int。

　　malloc 函数用来分配 size 个字节的存储区，返回一个指向存储区首地址的基类型为 void 的地址。若没有足够的内存单元供分配，函数返回空(NULL)。

　　假设 short int 型数据占2字节、float 型数据占4字节存储单元，则以下程序段将使 pi 指向一个 short int 类型的存储单元，使 pf 指向一个 float 类型的存储单元：

　　　　short int *pi;

　　　　float *pf;

　　　　pi = (short*)malloc(2);

　　　　pf = (float*)malloc(4);

　　　　if (pi != NULL) *pi = 6;

　　　　if (pf != NULL) *pf = 3.8;

　　由于在 ANSI C 中 malloc 函数返回的指针为 void*（无值型），故在调用函数时，必须利用强制类型转换将其转成所需的类型。上面的程序段中，调用 malloc 函数时括号中的 * 号不可少，否则就转换成普通变量类型而不是指针类型了。

　　由动态分配得到的存储单元没有名字，只能靠指针来引用它。一旦指针改变指向，元存储单元及所存储数据都将无法再引用。通过 malloc 函数所分配的动态存储单元中没有初值。

　　在动态申请存储空间时，若不能确定数据类型所占字节数，可以使用 sizeof 运算符来求得。

　　例如：

　　　　pi = (int*)malloc(sizeof(int));

　　　　pf = (float*)malloc(sizeof(float));

　　这是一种常用形式。此时将由系统来计算指定类型的字节数，采用这种形式将有利于程序的移植。

　　2.1.2 free 函数

　　函数的调用形式为：

　　　　free(p);

　　这里指针变量 p 必须指向由动态分配函数 malloc 或 calloc 分配的地址。free 函数将指针 p 所指的存储空间释放，使这部分空间可以由系统重新支配。此函数没有返回值。

　　2.2 calloc 函数

　　ANSI C 标准规定 calloc 函数返回值的类型为 void*，函数的调用形式为：

　　　　calloc(n, size);

　　要求 n 和 size 的类型都为 unsigned int。

　　calloc 函数用来给 n 个同一类型的数据项分配连续的存储空间，每个数据项的长度为 size 个字节。若分配成功，函数返回存储空间的首地址；否则返回空。通过调用 calloc 函数所分配的存储单元，系统自动赋初值为0。例如：

　　　　char *ps;

　　　　ps = (char*)calloc(10, sizeof(char));

　　以上函数调用语句开辟了10个连续的 char 类型的存储单元，由 ps 指向存储单元的首地址。每个存储单元可以存放一个字符。

　　使用 calloc 函数动态开辟的存储单元相当于开辟了一个一维数组。函数的第一个参数决定了一维数组的大小；第二个参数决定了数组元素的类型。函数的返回值就是数组的首地址。使用 calloc 函数开辟的动态存储单元，可以用 free 函数释放。

　　2.3 编写程序，利用malloc函数开辟动态存储单元，存放输入的三个整数，然后按从小到大顺序输出这三个数。

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>    //malloc函数所在头文件
 3 
 4 //交换函数，将三个整数按从小到大顺序排列
 5 void Exchange(int *pS, int *pM, int *pB);
 6 
 7 //main函数
 8 int main()
 9 {
10     int *p1, *p2, *p3;    
11     p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
12     p2 = (int*)malloc(sizeof(int));
13     p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
14     
15     printf("Please enter three integer numbers.\n");
16 
17     if(p1 != NULL && p2 != NULL && p3 != NULL)
18     {
19         scanf("%d%d%d", p1, p2, p3);
20         //调用交换函数
21         Exchange(p1, p2, p3);
22         
23         //*p1 < *p2 < *p3
24         printf("%d %d %d", *p1, *p2, *p3);
25     }
26     //释放动态存储空间
27     free(p1);
28     free(p2);
29     free(p3);
30     return 0;
31 }
32 
33 void Exchange(int *pS, int *pM, int *pB)
34 {
35     int nn;        //中间变量
36     
37     if (*pS > *pM)
38     {
39         nn = *pS;
40         *pS = *pM;
41         *pM = nn;
42     }
43     if (*pS > *pB)
44     {
45         nn = *pS;
46         *pS = *pB;
47         *pB = nn;
48     }
49     if (*pM > *pB)
50     {
51         nn = *pM;
52         *pM = *pB;
53         *pB = nn;
54     }
55 }

MALLOC

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