詳解C語言中的calloc函數

一、calloc函數簡介

在C語言中，有兩個常用的函數用於申請內存空間。一個是malloc函數，另一個是calloc函數，本文將主要講解後者。

calloc函數的作用是在內存中動態分配一塊連續的內存區域，並返回指向該內存區域的指針。它與malloc不同的是，calloc在申請內存時會將內存清零，即將內存中的所有位都設置為0。因此，在使用calloc申請內存之後，你可以放心使用該內存，而不必擔心其中存留著任何垃圾數據。

二、calloc函數的語法

void *calloc(size_t num, size_t size);

calloc函數有兩個參數，num和size。其中num是要申請內存空間的元素個數，它的類型是size_t；size是每個元素的大小，也是以位元組為單位的，它的類型也是size_t。函數返回一個指向被分配內存的指針。如果出現錯誤，calloc函數會返回空指針。

三、使用calloc函數申請內存

在使用calloc函數申請內存時，你需要指定要申請的內存塊的大小。一般來說，你可以先通過sizeof關鍵字來計算出你所需要的內存塊的大小，然後再傳遞給calloc函數。

#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;
}

在上面的代碼中，我們首先使用scanf函數從用戶輸入中獲取一個整數類型的變數length，用來指定所需要分配內存塊的大小。然後，我們通過calloc函數申請了一個大小為length * sizeof(int)的內存塊，並將它賦給指向int類型的指針array。如果申請內存失敗，我們需要及時處理，否則程序肯定會崩潰。接著，我們使用scanf函數從標準輸入中獲取length個整數類型的數字，將它們存儲到array中。最後，我們將array所指向的內存空間釋放掉。

四、calloc函數與多維數組

calloc函數也可以用於申請多維數組的內存空間。

#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;
}

在上面的代碼中，我們通過scanf函數從標準輸入中獲取數組的行數和列數。通過calloc函數申請一個空指針數組matrix，大小為rows * sizeof(int *)，然後再利用for循環依次申請每一行的內存空間。在最後，我們還需要記得逐一釋放數組的每一行和整個數組即可。

五、calloc函數與realloc函數

當你使用calloc函數申請大量內存時，建議使用realloc函數重新調整內存的大小。當你使用realloc函數後，可以獲得更多的可用內存空間。具體來說，如果realloc函數的第一個參數是空指針，則它的作用類似於malloc函數。

#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;
}

在上面的代碼中，我們首先使用calloc函數申請了一個大小為(size + 1) * sizeof(char)的內存塊，並將它賦給指向char類型的指針str。接著，我們使用strcpy函數將字元串”Hello, world!”拷貝到str所指向的內存空間。然後，我們使用realloc函數增加了str所指向內存塊的大小，並使用strcat函數將字元串” Today”追加到了str所指向的內存空間中。最後，我們釋放了該內存塊。

六、calloc函數的優點

與malloc函數相比，calloc函數的一個優點在於，它可以自動將申請到的內存空間清零，這可以降低程序出錯的概率。此外，calloc函數在申請內存時可以同時指定內存塊的元素個數，這可以使代碼更加簡潔易懂，並且很適合用於申請多維數組的內存空間。

七、calloc函數的缺點

calloc函數的缺點也很明顯，它需要調用比較頻繁的memset函數來清零內存。這會使它比malloc函數慢一些，而且申請內存時可能會佔用更多的內存。因此，在需要申請大量內存時，建議使用malloc函數，而不是calloc函數。