C malloc 和 free 教程
最后修改于 2024 年 1 月 29 日
C 语言中的动态内存分配是一项强大的功能，它允许程序在运行时分配内存。malloc 函数用于分配内存，而 free 函数用于释放内存。本教程涵盖了 malloc 和 free 的基础知识、用法以及实际示例。
malloc 和 free 是什么？
malloc 函数用于分配指定大小的内存块，并返回指向该内存块开头的指针。free 函数用于释放先前由 malloc 分配的内存，使其可用于将来的分配。正确使用这些函数对于避免内存泄漏和未定义行为至关重要。
基本内存分配
本示例演示了如何使用 malloc 和 free 来分配和释放内存。
basic_allocation.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *ptr;
ptr = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // Allocate memory for 5 integers
if (ptr == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
ptr[i] = i + 1; // Assign values to the allocated memory
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d ", ptr[i]); // Print the values
}
free(ptr); // Deallocate the memory
return 0;
}
malloc 函数为 5 个整数分配内存，free 函数释放内存。始终检查 malloc 是否返回 NULL 以处理分配失败。
为字符串分配内存
本示例演示了如何为字符串分配内存以及使用 free 来释放它。
string_allocation.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
char *str;
str = (char *)malloc(50 * sizeof(char)); // Allocate memory for a string
if (str == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
strcpy(str, "Hello there!"); // Copy a string into the allocated memory
printf("%s\n", str); // Print the string
free(str); // Deallocate the memory
return 0;
}
malloc 函数为字符串分配内存，free 函数释放它。strcpy 函数用于将字符串复制到已分配的内存中。
重新分配内存
本示例演示了如何使用 realloc 函数重新分配内存。
reallocation.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *ptr;
ptr = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // Allocate memory for 5 integers
if (ptr == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
ptr[i] = i + 1; // Assign values to the allocated memory
}
ptr = (int *)realloc(ptr, 10 * sizeof(int)); // Reallocate memory for 10 integers
if (ptr == NULL) {
printf("Memory reallocation failed\n");
return 1;
}
for (int i = 5; i < 10; i++) {
ptr[i] = i + 1; // Assign values to the reallocated memory
}
for (int i = 0; i < 10; i++) {
printf("%d ", ptr[i]); // Print the values
}
free(ptr); // Deallocate the memory
return 0;
}
realloc 函数用于调整先前分配的内存块的大小。它可以根据需要扩展或缩小内存块。
为二维数组分配内存
本示例演示了如何使用 malloc 为二维数组分配内存。
2d_array_allocation.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int rows = 3, cols = 4;
int **arr;
// Allocate memory for rows
arr = (int **)malloc(rows * sizeof(int *));
if (arr == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
// Allocate memory for columns
for (int i = 0; i < rows; i++) {
arr[i] = (int *)malloc(cols * sizeof(int));
if (arr[i] == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
}
// Assign values to the 2D array
for (int i = 0; i < rows; i++) {
for (int j = 0; j < cols; j++) {
arr[i][j] = i * cols + j + 1;
}
}
// Print the 2D array
for (int i = 0; i < rows; i++) {
for (int j = 0; j < cols; j++) {
printf("%d ", arr[i][j]);
}
printf("\n");
}
// Deallocate memory
for (int i = 0; i < rows; i++) {
free(arr[i]);
}
free(arr);
return 0;
}
malloc 函数用于为二维数组分配内存。内存是为每一行和每一列单独分配的，并使用 free 来释放内存。
处理内存泄漏
本示例演示了如何通过正确释放内存来避免内存泄漏。
memory_leak.c
#include#include int main() { int *ptr; ptr = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // Allocate memory for 5 integers if (ptr == NULL) { printf("Memory allocation failed\n"); return 1; } for (int i = 0; i < 5; i++) { ptr[i] = i + 1; // Assign values to the allocated memory } // Memory leak: Forgot to free the allocated memory // free(ptr); return 0; }
忘记调用 free 会导致内存泄漏，即分配的内存未被释放。始终确保每次 malloc 调用都有相应的 free 调用。
使用 calloc 进行零初始化内存分配
本示例演示了如何使用 calloc 来分配零初始化的内存。
calloc_example.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *ptr;
ptr = (int *)calloc(5, sizeof(int)); // Allocate and zero-initialize memory for 5 integers
if (ptr == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d ", ptr[i]); // Print the zero-initialized values
}
free(ptr); // Deallocate the memory
return 0;
}
calloc 函数分配内存并将其初始化为零。当需要零初始化的内存时，它非常有用。
使用 malloc 和 free 的最佳实践
- 检查 NULL： 始终检查
malloc或calloc是否返回NULL以处理分配失败。 - malloc 与 free 配对： 确保每次
malloc调用都有相应的free调用，以避免内存泄漏。 - 对零初始化使用 calloc： 当需要零初始化的内存时，使用
calloc。 - 避免悬空指针： 调用
free后将指针设置为NULL，以避免悬空指针。
来源
在本文中，我们通过实际示例探讨了 C 语言中 malloc 和 free 的使用，并演示了它们的用法。