C语言-malloc,calloc,realloc 函数的使用(堆空间的使用)

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内存中的五大区域

• 栈:存储局部变量
• 堆:程序员手动申请的空间
• BSS 段:未初始化的全局变量,静态变量
• 常量区:已经初始化的全局变量,静态变量
• 代码段:存储代码的

如何向堆区申请字节空间来使用

• 1 我们在堆中申请的字节空间,如果不主动释放,那么系统就不会释放的,除非程序结束了

• 在堆中申请字节空间的步骤

  • 申请
  • 使用
  • 释放

• 如何在堆区申请指定字节数的空间呢?

  • malloc()
  • calloc()
  • realloc()
  • 这三个函数是放在 stdlib.h 的系统头文件当中,这三函数是和申请字节空间有关的

• malloc 函数

  • 参数只有一个:size_t 类型,也就是 unisigned long 类型的
  • 作用:向堆空间申请指定字节的空间来使用
  • 参数代表的意义:向堆内存申请多少个连续的字节空间
  • malloc(4) 向内存中申请连续的四个空间
  • 返回值:是 void*,代表没有类型的指针,返回的是创建的空间中第一个字节的地址
  • 只是反悔了第一个字节的地址,么有说这个指针是什么类型的
  • 我们应该使用什么类型的指针变量来保存 malloc 函数返回的地址呢?
    • 用什么类型的指针去接,
    • 如果你想一个字节一个字节的操作,那么就是用 char 指针
    • 如果你想四个字节四个字节的操作,那么就用 int 指针
    • 如果你想八个字节八个字节的操作,那么就用 double 指针
    • 如果你想四个字节四个字节的操作,还是单精度浮点操作,那么就用 float 指针
    • 关键在于你想怎么怎么用这个申请的变量

      // malloc()函数
      int * num = malloc(24); // 在堆中申请连续的四个字节空间,并将第一个字节的地址返回来,所以要用指针接收
      
      num[0] = 1;
      // int len = sizeof(num) / sizeof(int);
      for (int i = 0; i < 6; i++) {
          num[i] = i;
      };
      
      for (int i = 0; i < 6; i++) {
          printf("num[%i] = %i\n",i,num[i]);
      };
      *(num) = 1;
      *(num+1) = 2;
      *(num+2) = 3;
      *(num+3) = 4;
      *(num+4) = 5;
      *(num+5) = 6;
      // 可以使用[]号对其赋值,或者使用指针与整数的加减法对其进行赋值
      // 这样可以对申请的 24 个字节空间以四个字节为一个单位进行赋值,
  

• 在堆区申请的字节空间是从低地址向高字节地址分配,每次申请的字节并不是连续的
• 每次申请的字节地址都是从 0 开始,但是每一次申请的指定个自己,这些字节肯定是连续的

    int * num = malloc(4); // 在堆中申请连续的四个字节空间,并将第一个字节的地址返回来,所以要用指针接收
    int * num1 = malloc(4);
    int * num2 = malloc(4);
    printf("num的地址:%p\n",num);
    printf("num1的地址:%p\n",num1);
    printf("num2的地址:%p\n",num2);
    
// 输出内容:
num的地址:0x1007311a0
num1的地址:0x10072ef60
num2的地址:0x10072d6e0

• 申请的堆空间地址,是有默认值的,默认值为垃圾值,不会自动清零

    int *num = malloc(12);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("num[%i] = %i\n",i,*(num+i));
        printf("num[%i]的地址:%p\n",i,&num[i]);
    }

• 在向堆区申请字节空间的时候,有可能会申请失败,如果申请失败,返回的指针就是 NULL 指,所以我们申请完后最好判断下是否申请成功

    // 如果申请失败返回的指针是NULL,所以申请完最好自己判断下是否成功
    int* num = malloc(12);
    num[0] = 1;
    num[1] = 2;
    num[2] = 3;
    if(num != NULL){ // if(num)也可以,null 代表的就是 0,如果不是 0 那么就进入
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            num[i] = num[i] * 100;
        }
        
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            printf("num[%i] = %i\n",i,num[i]);
        }
    }

• 申请的空间一定要记得释放,调用函数 free(),释放堆空间,如果没有写的话程序结束才会结束掉

free(num);

calloc 函数

• 跟 malloc 函数是一样一样的
• 格式:
  • 参数 1:多少个单位
  • 参数 2:每一个单位的字节数
  • calloc(4,sizeof(int));表示申请 4 个 int 类型的空间

    // calooc 函数
    int *num = calloc(3, sizeof(int)); // 申请三个,int 类型的空间地址
    if(num){
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            num[i] = i * 10;
        }
        
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            printf("num[%i] = %i\n",i,num[i]);
        }
    }
    

• calloc与 malloc 函数相比的优势
  • calloc 申请的字节,申请完之后,系统会将字节中的数据清零

    // calooc 函数
    int *num = calloc(3, sizeof(int)); // 申请三个,int 类型的空间地址
    if(num){
        
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            printf("num[%i] = %i\n",i,num[i]);
        }
    }

// 控制台输出
num[0] = 0
num[1] = 0
num[2] = 0

realloc 函数

• 作用:扩容
• 注意:我们有了指针,几乎就可以操作内存上的每一个字节,但是我们还是建议不要乱来,只操作我们申请的字节空间,因为有可能会出现一些问题
• 当我们发现我们之前在堆区申请的字节空间不够用的时候,那我们就可以用 realloc 进行扩容
• realloc(p1,4);

    int * num1 = realloc(num, 4);// 发现 calloc 申请的 3 个 int 类型空间不够用了,那么就用 realloc 进行扩容
    // 如果 calloc 申请的3e个 int 类型空间后面的地址够用,那就跟着后面申请
    // 如果 calloc 申请的 3 个 int 类型空间后面的地址不够用,那就在堆区重新找一块地址,并且将原来 calloc 申请的地址复制过来,并将低字节地址返回
    if(num1){
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            num1[i] = i * 10;
        }
        
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
                printf("num1[%i] = %i\n",i,num1[i]);
            }
        free(num1);
    };

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