深入理解C语言中的内存分配函数：malloc、calloc、realloc

前言

在C语言编程中，动态内存分配是一个非常重要的概念。它允许我们在程序运行时根据需要分配和释放内存，从而提高程序的灵活性和效率。C语言提供了三个主要的内存分配函数：malloc、calloc 和 realloc。本文将详细介绍这三个函数的区别和使用场景。

1. `malloc`：分配内存块

malloc 是 “memory allocation” 的缩写，用于在堆区分配指定大小的内存块。分配的内存块中的内容是未初始化的，可能包含随机数据。

函数原型：

void* malloc(size_t size);

size：要分配的内存块的大小（以字节为单位）。
返回值：成功时返回指向分配内存块的指针，失败时返回 NULL。

示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int* ptr;int n = 5;// 分配内存ptr = (int*)malloc(n * sizeof(int));if (ptr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}// 使用分配的内存for (int i = 0; i < n; i++) {ptr[i] = i + 1;}// 打印数组for (int i = 0; i < n; i++) {printf("%d ", ptr[i]);}// 释放内存free(ptr);return 0;
}

注意事项：

malloc 分配的内存块中的内容是未初始化的，使用前需要手动初始化。
分配的内存块大小可以是任意字节数，但通常是数据类型大小的倍数。

2. `calloc`：分配并初始化内存块

calloc 是 “clear allocation” 的缩写，用于在堆区分配指定数量的内存块，并将每个字节初始化为零。

函数原型：

void* calloc(size_t num, size_t size);

num：要分配的元素数量。
size：每个元素的大小（以字节为单位）。
返回值：成功时返回指向分配内存块的指针，失败时返回 NULL。

示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int* ptr;int n = 5;// 分配并初始化内存ptr = (int*)calloc(n, sizeof(int));if (ptr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}// 使用分配的内存for (int i = 0; i < n; i++) {ptr[i] = i + 1;}// 打印数组for (int i = 0; i < n; i++) {printf("%d ", ptr[i]);}// 释放内存free(ptr);return 0;
}

注意事项：

calloc 分配的内存块中的内容会被初始化为零，适合用于需要初始化内存的场景。
calloc 的参数是元素数量和每个元素的大小，而不是总字节数。

3. `realloc`：重新分配内存块

realloc 是 “reallocate” 的缩写，用于调整已分配内存块的大小。它可以扩展或缩小内存块，并保留原有数据（如果新大小大于原大小）。

函数原型：

void* realloc(void* ptr, size_t size);

ptr：指向已分配内存块的指针。
size：新的内存块大小（以字节为单位）。
返回值：成功时返回指向新分配内存块的指针，失败时返回 NULL。

示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int* ptr;int n = 5;// 分配内存ptr = (int*)malloc(n * sizeof(int));if (ptr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}// 使用分配的内存for (int i = 0; i < n; i++) {ptr[i] = i + 1;}// 重新分配内存n = 10;ptr = (int*)realloc(ptr, n * sizeof(int));if (ptr == NULL) {printf("内存重新分配失败\n");return 1;}// 使用新分配的内存for (int i = 5; i < n; i++) {ptr[i] = i + 1;}// 打印数组for (int i = 0; i < n; i++) {printf("%d ", ptr[i]);}// 释放内存free(ptr);return 0;
}