0 概述

通常聲明一個數組時需要使用一個常量來指定數組的長度，數組所占用的記憶體是在編譯時就被分配。這種方式的聲明的優點是簡單，但是存在以下幾個缺點：

• 使用的元素數量超過數組聲明的長度，當前數組就不能存儲相應的數據；
• 如果數組的長度被聲明很大，實際使用的元素又比較少會導致記憶體空間的浪費；
• 程式開發中會經常忽略對數組溢出異常的考慮。

所以就有了動態記憶體分配，即在程式運行時分配所需的記憶體，需要的時候就分配相應大小的記憶體使用，使用完畢後釋放對應的記憶體。

1 動態記憶體分配與釋放函數

1.1 malloc、calloc 和 realloc

C 函數庫提供了三個動態記憶體分配的函數：malloc、calloc、realloc，三個函數原型如下所示：

#include <stdlib.h>

void *malloc(size_t size);
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);
void *realloc(void *ptr, size_t size);

malloc 函數用於從記憶體池中提取一塊合適的記憶體，並向當前程式返回一個指向該記憶體的指針，需要註意的是 malloc 所分配的記憶體並未初始化，使用之前最好手動初始化。

malloc 所分配的是一塊連續的記憶體，其實際分配的記憶體有可能比傳遞的參數 size 稍微多一點（由編譯器定義）。如果記憶體池為空，malloc 返回一個 NULL 指針，也就是說使用 malloc 函數時不一定每次都可以分配記憶體成功，所以對每個 malloc 的返回值都要進行檢查，確保其返回值並非 NULL。

calloc 函數與 malloc 函數的主要區別是 calloc 會把分配的記憶體初始化為 0，只需向 calloc 傳遞所需元素的數量和每個元素的位元組數。

realloc 函數用於修改原先已經分配的記憶體塊大小，使用該函數可以對一塊記憶體進行擴大或縮小。當擴大記憶體塊時會將新增加的記憶體添加到原先的記憶體塊後面（註意，新增加的記憶體未初始化）；當縮小記憶體塊時會從記憶體塊的尾部縮減，保留其餘部分的記憶體以及其中的內容。如果當前的記憶體塊無法改變大小，realloc 分配正確大小的記憶體塊並將原先記憶體中的內容複製到新分配的記憶體塊中，所以在使用 realloc 函數後要用其返回新指針。當 realloc 的第一個參數為 NULL 時，此時 realloc 的功能和 malloc 一致。

1.2 free

當動態分配的記憶體不再需要使用時，此時就需要釋放，這樣這塊記憶體之後可以被重新分配使用。free 用來釋放 malloc、calloc 和 realloc 分配的記憶體空間，該函數原型如下所示：

#include <stdlib.h>

void free(void *ptr);

free 函數接收的參數要麼為 NULL，要麼為 malloc、calloc 和 realloc 三個函數返回的指針。使用 free 釋放記憶體必須是整塊一起釋放，不能只釋放一部分。

2 動態記憶體分配的正確姿勢

動態記憶體分配的程式常常有很多錯誤，包括對 NULL 指針進行解引用、記憶體越界（操作記憶體時超出了分配記憶體的邊界）、釋放並非動態分配的記憶體、釋放動態分配記憶體的一部分，又或是對已釋放的記憶體再次進行操作等。這些錯誤都會導致當前程式 crash，下麵給出一個相對不容易發生錯誤的記憶體分配器。

/* alloc.h */
#include <stdlib.h>

#define malloc
#define MALLOC(num, type) (type *)alloc( (num) * siezof(type) )
extern void *alloc(size_t size);

其中 #define malloc 用來防止其他代碼塊的代入導致偶爾直接調用 malloc，增加該定義，如果直接調用 malloc 在編譯程式時會出現語法的錯誤，所以在 alloc.c 中需要使用 #undef 指令，保證在當前調用 malloc 不出錯，具體實現如下代碼所示：

#include <stdlib.h>
#include "alloc.h"
#undef malloc

void *alloc(size_t size)
{
    void *new_mem;
    
    new_mem = malloc(size);
    if (new_mem == NULL) {
        fprintf(stderr, "Out of memory!\n");
        exit(1);
    }
    return new_mem;
}

3 總結

• 使用 malloc 函數分配空間時需要檢查其返回的指針是否為 NULL；
• malloc 分配的記憶體空間是一個連續的塊；
• free 分配的空間需要傳遞 malloc、calloc 和 realloc 函數返回的指針，亦或者 NULL；
• malloc 需要 和 free 搭配使用，即分配了記憶體空間後，該記憶體空間不再使用時需手動使用 free 釋放，防止記憶體泄漏；
• 需要註意的是，不能再訪問已經釋放的記憶體。