详解C语言中的calloc函数

一、calloc函数简介

在C语言中，有两个常用的函数用于申请内存空间。一个是malloc函数，另一个是calloc函数，本文将主要讲解后者。

calloc函数的作用是在内存中动态分配一块连续的内存区域，并返回指向该内存区域的指针。它与malloc不同的是，calloc在申请内存时会将内存清零，即将内存中的所有位都设置为0。因此，在使用calloc申请内存之后，你可以放心使用该内存，而不必担心其中存留着任何垃圾数据。

二、calloc函数的语法

void *calloc(size_t num, size_t size);

calloc函数有两个参数，num和size。其中num是要申请内存空间的元素个数，它的类型是size_t；size是每个元素的大小，也是以字节为单位的，它的类型也是size_t。函数返回一个指向被分配内存的指针。如果出现错误，calloc函数会返回空指针。

三、使用calloc函数申请内存

在使用calloc函数申请内存时，你需要指定要申请的内存块的大小。一般来说，你可以先通过sizeof关键字来计算出你所需要的内存块的大小，然后再传递给calloc函数。

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

int main()
{
    int *array;
    int length;
    int i;

    printf("Enter the length of the array: ");
    scanf("%d", &length);

    array = (int *)calloc(length, sizeof(int));
    if(array == NULL)
    {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        exit(1);
    }

    printf("Enter %d integer(s):\n", length);
    for(i = 0; i < length; i++) 
    {
        scanf("%d", &array[i]);
    }

    printf("The array you entered is:\n");
    for(i = 0; i < length; i++) 
    {
        printf("%d ", array[i]);
    }

    free(array);

    return 0;
}

在上面的代码中，我们首先使用scanf函数从用户输入中获取一个整数类型的变量length，用来指定所需要分配内存块的大小。然后，我们通过calloc函数申请了一个大小为length * sizeof(int)的内存块，并将它赋给指向int类型的指针array。如果申请内存失败，我们需要及时处理，否则程序肯定会崩溃。接着，我们使用scanf函数从标准输入中获取length个整数类型的数字，将它们存储到array中。最后，我们将array所指向的内存空间释放掉。

四、calloc函数与多维数组

calloc函数也可以用于申请多维数组的内存空间。

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

int main()
{
    int rows, columns;
    int i, j;
    int **matrix;

    printf("Enter the number of rows: ");
    scanf("%d", &rows);

    printf("Enter the number of columns: ");
    scanf("%d", &columns);

    matrix = (int **)calloc(rows, sizeof(int *));
    if(matrix == NULL)
    {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        exit(1);
    }

    for(i = 0; i < rows; i++)
    {
        matrix[i] = (int *)calloc(columns, sizeof(int));
        if(matrix[i] == NULL)
        {
            printf("Memory allocation failed.\n");
            exit(1);
        }
    }

    printf("Enter integers:\n");
    for(i = 0; i < rows; i++)
    {
        for(j = 0; j < columns; j++)
        {
            scanf("%d", &matrix[i][j]);
        }
    }

    printf("The matrix you entered is:\n");
    for(i = 0; i < rows; i++)
    {
        for(j = 0; j < columns; j++)
        {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    for(i = 0; i < rows; i++)
    {
        free(matrix[i]);
    }

    free(matrix);

    return 0;
}

在上面的代码中，我们通过scanf函数从标准输入中获取数组的行数和列数。通过calloc函数申请一个空指针数组matrix，大小为rows * sizeof(int *)，然后再利用for循环依次申请每一行的内存空间。在最后，我们还需要记得逐一释放数组的每一行和整个数组即可。

五、calloc函数与realloc函数

当你使用calloc函数申请大量内存时，建议使用realloc函数重新调整内存的大小。当你使用realloc函数后，可以获得更多的可用内存空间。具体来说，如果realloc函数的第一个参数是空指针，则它的作用类似于malloc函数。

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

int main()
{
    char *str = NULL;
    int size;

    printf("Enter the size of the string: ");
    scanf("%d", &size);

    str = (char *)calloc(size + 1, sizeof(char));
    if(str == NULL)
    {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        exit(1);
    }

    strcpy(str, "Hello, world!");
    printf("String after calloc(): %s\n", str);

    str = (char *)realloc(str, (size + 6) * sizeof(char));
    if(str == NULL)
    {
        printf("Memory reallocation failed.\n");
        exit(1);
    }

    strcat(str, " Today");
    printf("String after realloc(): %s\n", str);

    free(str);

    return 0;
}

在上面的代码中，我们首先使用calloc函数申请了一个大小为(size + 1) * sizeof(char)的内存块，并将它赋给指向char类型的指针str。接着，我们使用strcpy函数将字符串”Hello, world!”拷贝到str所指向的内存空间。然后，我们使用realloc函数增加了str所指向内存块的大小，并使用strcat函数将字符串” Today”追加到了str所指向的内存空间中。最后，我们释放了该内存块。

六、calloc函数的优点

与malloc函数相比，calloc函数的一个优点在于，它可以自动将申请到的内存空间清零，这可以降低程序出错的概率。此外，calloc函数在申请内存时可以同时指定内存块的元素个数，这可以使代码更加简洁易懂，并且很适合用于申请多维数组的内存空间。

七、calloc函数的缺点

calloc函数的缺点也很明显，它需要调用比较频繁的memset函数来清零内存。这会使它比malloc函数慢一些，而且申请内存时可能会占用更多的内存。因此，在需要申请大量内存时，建议使用malloc函数，而不是calloc函数。