周立功：動態(tài)分布內(nèi)存——malloc()函數(shù)與calloc()函數(shù)

周立功教授數(shù)年之心血之作《程序設(shè)計與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》，電子版已無償性分享到電子工程師與高校群體，在公眾號回復(fù)【程序設(shè)計】即可在線閱讀。書本內(nèi)容公開后，在電子行業(yè)掀起一片學(xué)習(xí)熱潮。經(jīng)周立功教授授權(quán)，本公眾號特對本書內(nèi)容進(jìn)行連載，愿共勉之。

第一章為程序設(shè)計基礎(chǔ)，本文為1.9.1 malloc（）函數(shù)和1.9.2 calloc（）函數(shù)。

》》》》 1.9 動態(tài)分配內(nèi)存

首先回顧一下內(nèi)存分配，所有程序都必須預(yù)留足夠的內(nèi)存存儲程序使用的數(shù)據(jù)，這些內(nèi)存中有些是自動分配的。比如，聲明“int iNum;”為一個int類型的值預(yù)留了足夠的內(nèi)存，或顯式指定分配一定數(shù)量的內(nèi)存，“int pData［20］;”聲明預(yù)留了20個內(nèi)存位置，每個位置存儲的是int類型的值。聲明還為內(nèi)存提供了標(biāo)識符，因此可以使用iNum或pData識別數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)在程序載入內(nèi)存時分配的，自動數(shù)據(jù)是在程序執(zhí)行時分配的，并在程序離開時銷毀。但C能做的遠(yuǎn)不止這些，可以在程序運行時請求所需要的內(nèi)存大小。

程序在運行時分配的內(nèi)存空間稱之為“堆”的存儲池，雖然計算機在硬件上不直接支持堆，但C函數(shù)庫（stdlib.h）分別提供了用于動態(tài)內(nèi)存分配和釋放的函數(shù)malloc（）和free（），即在運行時根據(jù)需要創(chuàng)建一個存儲單元，在不需要時釋放。

》》》 1.9.1 malloc（）函數(shù)

malloc（）函數(shù)原型如下：

void *malloc（unsigned int size）;

其中，void *表示該函數(shù)是指針函數(shù)，size為所需內(nèi)存的字節(jié)數(shù)，可以用sizeof運算符計算每個元素所需要的空間數(shù)量和所有元素需要內(nèi)存的字節(jié)數(shù)。如果分配成功，雖然malloc（）不會為分配的內(nèi)存賦名，但它確實返回了動態(tài)分配內(nèi)存塊的首字節(jié)地址。因此可以將該地址賦給一個指針變量，并使用指針變量訪問這塊內(nèi)存。如果分配不成功或內(nèi)存不足，則返回空指針NULL。因此在使用它返回的指針之前，一定要先檢查返回值，否則可能會導(dǎo)致程序非正常終止。比如：

int *pi = malloc（sizeof（int））;

if（pi ！= NULL）{

// 指針沒有問題

}else{

// 無效的指針

}

malloc（）函數(shù)可用于返回指向數(shù)組的指針、指向結(jié)構(gòu)的指針等，所以通常該函數(shù)的返回值會被強制轉(zhuǎn)換為匹配的類型，但從C99版本開始，void *類型的指針不需要強制轉(zhuǎn)換地賦給所有的指針類型變量。

當(dāng)編寫程序時，常常很難為數(shù)組估計合適的大小，較為方便的做法是等到程序運行時，再來確定數(shù)組的實際大小。其方法是用malloc（）在程序執(zhí)行期間為數(shù)組分配空間，然后通過指向數(shù)組第一個元素的指針訪問數(shù)組。假設(shè)正在編寫的程序需要n個整數(shù)構(gòu)成的數(shù)組，這里的n可以在程序執(zhí)行期間計算出來。首先需要聲明指針變量：

int * pi， n;

一旦n的值已知，就讓程序調(diào)用malloc（）函數(shù)為數(shù)組分配存儲空間：

pi = malloc（n * sizeof（int））;

if（pi == NULL） return -1;

當(dāng)pi指向分配動態(tài)分配的內(nèi)存塊時，就可以忽略pi是指針的事實，將它作為數(shù)組名使用，這是C語言數(shù)組和指針形成緊密關(guān)系的所帶來的便利。由于數(shù)組名是該數(shù)組首元素的地址，如果讓pi指向這個塊的首元素，便可以象使用數(shù)組名一樣使用它。即可以使用pi［0］訪問該塊的首元素，pi［1］訪問第2個元素，以此類推。比如，使用下列循環(huán)對pi指向的數(shù)組進(jìn)行初始化：

for（i = 0; i 《 n; i++） pi［i］ = 0;

動態(tài)內(nèi)存分配可以提供更多的靈活性，比如：

char *pcStr;

char *pcStr = malloc（strlen（“OK！”） + 1）;

strcpy（pcStr， “OK！”）;

在這里，使用strlen（）計算字符串的長度，一定要記得加上結(jié)束符NUL。為何不用sizeof呢？因為szieof會返回數(shù)組和指針的長度，而不是字符串的長度。

》》》 1.9.2 calloc（）函數(shù)

雖然可以用malloc（）函數(shù)為數(shù)組分配內(nèi)存，但C語言提供了一種更好用的calloc（）函數(shù)，其函數(shù)原型如下：

void *calloc（size_t nmenb， size_t size）;

calloc（）函數(shù)為nmemb個元素的數(shù)組分配內(nèi)存空間，其中，每個元素的長度都是size個字節(jié)。如果要求的空間無效，那么此函數(shù)返回指針。在分配了內(nèi)存之后，calloc（）函數(shù)會通過將所有位設(shè)置為0的方式進(jìn)行初始化。比如，調(diào)用calloc（）函數(shù)為n個整數(shù)的數(shù)組分配存儲空間，且保證所有整數(shù)初始化為0。比如：

pi = calloc（n， sizeof（int））;

因為calloc（）函數(shù)會清楚分配的內(nèi)存，而malloc（）函數(shù)不會，所以可以調(diào)用以“1”作為第一個實參的calloc（）函數(shù)，為任何類型的數(shù)據(jù)項分配空間。比如：

struct point{ int x， y;} *pi;

pi = calloc（1， sizeof（struct point））;

在執(zhí)行此語句后，pi將指向一個結(jié)構(gòu)體，且此結(jié)構(gòu)體的成員x和y都會被設(shè)為0。