了解malloc的常見用法

一、malloc函數的介紹和用法

malloc函數是C語言中的一種動態內存分配函數，它的聲明在stdlib.h中，函數原型如下：

void* malloc(size_t size);

其中size為申請內存的大小，返回值是指向void類型的指針，指向申請的內存起始地址。

使用malloc函數申請內存可以用於需要動態分配內存的程序，比如鏈表、數組等等。

二、malloc函數的基本使用

下面是一個簡單的基於C語言的malloc函數使用示例：

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

int main() {
    int *ptr;
    int num, i;
    
    printf("請輸入要申請的整數個數：");
    scanf("%d", &num);
    
    ptr = (int*) malloc(num * sizeof(int)); // 用malloc申請一段內存空間，大小為num個整數
    if (ptr == NULL)  // 如果申請失敗，輸出提示信息
    {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        exit(1);
    }
    
    printf("請輸入%d個整數：\n", num);
    for (i = 0; i < num; i++)   // 輸入num個整數
    {
        scanf("%d", ptr + i);
    }
    
    printf("你輸入的%d個整數是：\n", num);
    for (i = 0; i < num; i++)   // 輸出num個整數
    {
        printf("%d ", *(ptr + i));
    }
    
    free(ptr);  // 釋放內存空間
    
    return 0;
}

該實例中為了在內存中存儲num個整數，使用了malloc函數，成功申請內存後，將返回一個指向int類型的指針，在使用過程中需要注意：

• 及時釋放內存空間，避免內存泄漏
• 必要時判斷申請內存的指針是否為空，以避免程序崩潰

三、calloc函數和realloc函數

malloc是C語言中常用的內存分配函數，但實際上C語言還有其他兩個常用的動態內存分配函數：calloc函數和realloc函數。

與malloc函數不同，calloc函數在分配內存時回把分配的內存空間清零。下面是一個基於C語言的calloc函數使用示例：

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

int main() {
    int *ptr;
    int num, i;
    
    printf("請輸入要申請的整數個數：");
    scanf("%d", &num);
    
    ptr = (int*) calloc(num, sizeof(int));  // 用calloc申請一段內存空間，大小為num個整數
    if (ptr == NULL)  // 如果申請失敗，輸出提示信息
    {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        exit(1);
    }
    
    printf("請輸入%d個整數：\n", num);
    for (i = 0; i < num; i++)   // 輸入num個整數
    {
        scanf("%d", ptr + i);
    }
    
    printf("你輸入的%d個整數是：\n", num);
    for (i = 0; i < num; i++)   // 輸出num個整數
    {
        printf("%d ", *(ptr + i));
    }
    
    free(ptr);  // 釋放內存空間
    
    return 0;
}

calloc與malloc實際上用法是類似的，不過可以看到，calloc的第一個參數n表示要申請的內存塊數，而不是malloc的樣板參數。第二個參數size是內存塊的大小，返回值是一個指向void類型的指針。

realloc函數的作用是重新分配內存空間，即在原內存空間擴展或收縮一定的空間，下面是一個基於C語言的realloc函數使用示例：

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

int main() {
    int *ptr;
    int num, i;
    
    printf("請輸入要申請的整數個數：");
    scanf("%d", &num);
    
    ptr = (int*) malloc(num * sizeof(int)); // 用malloc申請一段內存空間，大小為num個整數
    if (ptr == NULL)  // 如果申請失敗，輸出提示信息
    {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        exit(1);
    }
    
    printf("請輸入%d個整數：\n", num);
    for (i = 0; i < num; i++)   // 輸入num個整數
    {
        scanf("%d", ptr + i);
    }
    
    printf("你輸入的%d個整數是：\n", num);
    for (i = 0; i < num; i++)   // 輸出num個整數
    {
        printf("%d ", *(ptr + i));
    }
    
    printf("\n請輸入新的整數個數：");
    scanf("%d", &num);
    
    ptr = (int*) realloc(ptr, num * sizeof(int)); // 重新申請內存空間
    if (ptr == NULL)  // 如果申請失敗，輸出提示信息
    {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        exit(1);
    }
    
    printf("請輸入%d個整數：\n", num);
    for (i = 0; i < num; i++)   // 輸入num個整數
    {
        scanf("%d", ptr + i);
    }
    
    printf("你輸入的%d個整數是：\n", num);
    for (i = 0; i < num; i++)   // 輸出num個整數
    {
        printf("%d ", *(ptr + i));
    }
    
    free(ptr);  // 釋放內存空間
    
    return 0;
}

可以看到，在使用realloc函數時，需要傳入原內存空間的指針和新的內存空間大小（即分配的字節數），如果操作成功，那麼該函數會返回新的指針值，指向從原始內存中複製過來的數據，原始內存將被釋放，以避免內存泄漏。

四、動態內存分配的優缺點

使用動態內存分配功能的優點：

• 可以更加靈活地管理內存，在程序的運行過程中只有需要內存時才會得到申請，在不需要時及時釋放。
• 可以節省程序的內存空間，增強程序的可讀性和可維護性。

使用動態內存分配功能的缺點：

• 相較於靜態內存分配，需要更多的計算機處理時間。
• 應用程序必須負責釋放所使用的動態內存，否則會導致內存泄漏。
• 動態內存分配過多會導致內存碎片問題。