在C语言中，动态内存管理是通过一系列的标准库函数来实现的，这些函数包括malloc, free, calloc 和 realloc。它们允许程序在运行时动态地分配和释放内存，这是管理复杂数据结构（如链表、树等）时非常有用的功能。

为什么存在动态内存分配

一些常规的内存开辟方式有：

int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间

void* malloc (size_t size);

malloc函数用于分配一块指定大小的内存区域。分配的内存是原始的，即未初始化，其中的值是未定义的。

这个函数向内存申请一块连续可用的空间，并返回指向这块空间的指针。如果开辟成功则返回一个指向开辟好空间的指针。如果开辟失败则返回一个NULL指针，因此一定要检查malloc的返回值。

free函数可以返回之前通过malloc等函数分配的内存。free(ptr)释放ptr指向的内存块。释放后，ptr不再指向一块有效的内存。

void free (void* ptr);

free函数用来释放动态开辟的内存。

• 如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。
• 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

示例：
 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *ptr = (int*)malloc(sizeof(int)); // 分配一个整数大小的内存if(ptr == NULL) {printf("Memory allocation failed\n");return 1;}*ptr = 10; // 在分配的内存中存储值printf("Value at ptr: %d\n", *ptr);free(ptr); // 释放内存ptr = NULL; return 0;
}

这段代码使用malloc分配了足够存储一个整数的内存。然后检查malloc返回的指针，确保内存分配成功。接着在分配的内存中存储一个值，最后使用free释放内存，防止内存泄漏。

calloc

void* calloc (size_t num, size_t size);

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if(NULL != p){//使用空间}free(p);p = NULL;return 0;
}

所以如果对申请的内存空间要求初始化，则可以很方便的使用calloc函数完成任务。

realloc

realloc函数用于重新调整之前分配的内存块的大小。这可以用于增大或减小内存块。它的出现让动态内存管理更加灵活。比如有时候觉得申请的空间过大或者过小，这时候要对内存的大小做灵活的调整。realloc函数可以做到对动态开辟内存大小的调整。

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

ptr是要调整的内存地址，size是调整之后的新大小。返回值为调整之后的内存起始位置。这个函数调整原内存空间大小的基础上，还会将原来内存中的数据移动到新的空间。

• 情况 1：原有空间之后有足够大的空间。要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发生变化。
• 情况2：原有空间之后没有足够大的空间 。原有空间之后没有足够多的空间时，扩展的方法是：在堆空间上另找一个合适大小的连续空间来使用。这样函数返回的是一个新的内存地址。

示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *ptr = (int*)malloc(2 * sizeof(int)); // 初始分配2个整数大小的内存if(ptr == NULL) {printf("Memory allocation failed\n");return 1;}ptr[0] = 1;ptr[1] = 2;// 重新调整为4个整数大小的内存int *new_ptr = (int*)realloc(ptr, 4 * sizeof(int));if(new_ptr == NULL) {printf("Re-allocation failed\n");free(ptr);return 1;}new_ptr[2] = 3;new_ptr[3] = 4;for(int i = 0; i < 4; i++) {printf("%d ", new_ptr[i]); // 打印新分配的数组}free(new_ptr); // 释放内存return 0;
}

首先通过malloc分配了一个有2个整数的数组。然后使用realloc增加这个数组的大小至4个整数。在新分配的内存中存储更多的值，然后打印出新的内存块中的所有值。最后使用free释放内存。

需要注意的是每次调用malloc, calloc 和 realloc最终都需要调用free来释放内存，以避免内存泄漏。