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静态内存分配

在进程的地址空间中，代码区、常量区、全局数据区的内存在程序启动时就已经分配好了，它们大小固定，不能由程序员分配和释放，只能等到程序运行结束由操作系统回收。这称为静态内存分配。

动态内存分配

栈区和堆区的内存在程序运行期间可以根据实际需求来分配和释放，不用在程序刚启动时就备足所有内存。这称为动态内存分配。

使用静态内存的优点是速度快，省去了向操作系统申请内存的时间，缺点就是不灵活，缺乏表现力，例如不能控制数据的作用范围，不能使用较大的内存。

而使用动态内存可以让程序对内存的管理更加灵活和高效，需要内存就立即分配，而且需要多少就分配多少，从几个字节到几个 GB 不等；不需要时就立即回收，再分配给其他程序使用。

栈和堆的区别

栈区和堆区的管理模式有所不同：栈区内存由系统分配和释放，不受程序员控制；堆区内存完全由程序员掌控，想分配多少就分配多少，想什么时候释放就什么时候释放，非常灵活。

程序启动时会为栈区分配一块大小适当的内存，对于一般的函数调用这已经足够了，函数进栈出栈只是 ebp、esp 寄存器指向的变换，或者是向已有的内存中写入数据，不涉及内存的分配和释放。当函数中有较大的局部数组时，比如 1024*10 个元素，编译器就会在函数代码中插入针对栈的动态内存分配函数，这样函数被调用时才分配内存，不调用就不分配。

我们经常听说 “栈内存的分配效率要高于堆” 就是这个道理，因为大部分情况下并没有真的分配栈内存，仅仅是对已有内存的操作。

动态内存分配函数

堆（Heap）是唯一由程序员控制的内存区域，我们常说的动态内存分配也是在这个区域。在堆上分配和释放内存需要用到C语言标准库中的几个函数：malloc()、calloc()、realloc() 和 free()。

这几个函数的具体用法在 C 标准库中已经进行了讲解（点击上面链接查看），这里不再赘述，仅作简单的对比，并给出一个综合示例。

malloc()函数

函数格式

void* malloc(size_t size);

作用：在堆区分配 size 字节的内存空间。

返回值：成功返回分配的内存地址，失败则返回 NULL。

注意：分配内存在动态存储区（堆区），手动分配，手动释放，申请时空间可能有也可能没有，需要自行判断，由于返回的是 void*，建议手动强制类型转换。

calloc()函数

函数格式

void* calloc(size_t n, size_t size);

功能：在堆区分配 n*size 字节的连续空间。

返回值：成功返回分配的内存地址，失败则返回 NULL。

注意：calloc() 函数是对 malloc() 函数的简单封装，参数不同，使用时务必小心，第一参数是第二参数的单元个数，第二参数是单位的字节数。

realloc()函数

函数格式

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

功能：对 ptr 指向的内存重新分配 size 大小的空间，size 可比原来的大或者小，还可以不变（如果你无聊的话）。

返回值：成功返回更改后的内存地址，失败则返回 NULL。

free()函数

函数格式

void free(void* ptr);

功能：释放由 malloc()、calloc()、realloc() 申请的内存空间。

几点注意

1. 每个内存分配函数必须有相应的 free() 函数，释放后不能再次使用被释放的内存。
2. 在分配内存时最好不要直接用数字指定内存空间的大小，这样不利于程序的移植。因为在不同的操作系统中，同一数据类型的长度可能不一样。为了解决这个问题，C 语言提供了一个判断数据类型长度的操作符，就是 sizeof。
3. free(p) 并不能改变指针 p 的值，p 依然指向以前的内存，为了防止再次使用该内存，建议将 p 的值手动置为 NULL。

sizeof 是一个单目操作符，不是函数，用以获取数据类型的长度时必须加括号，例如 sizeof(int)、sizeof(char) 等。

实例

代码

最后一个是综合的实例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define N (5)
#define N1 (7)
#define N2 (3)

int main() {
    int *ip;
    int *large_ip;
    int *small_ip;
    if ((ip = (int*)malloc(N * sizeof(int))) == NULL) {
        printf("memory allocated failed!\n");
        exit(1);
    }

    int i;
    for (i=0; i<N; i++) {
        ip[i] = i;
        printf("ip[%d]=%d\t", i, ip[i]);
    }
    printf("\n");
    if ((large_ip=(int*)realloc(ip, N1*sizeof(int))) == NULL) {
        printf("memory allocated failed!\n");
        exit(1);
    }

    for (i=N; i<N1; i++) {
        large_ip[i] = 9;
    }

    for (i=0; i<N1; i++) {
        printf("large_ip[%d]=%d\t", i, large_ip[i]);
    }
    printf("\n");

    if ((small_ip=(int*)realloc(large_ip, N2*sizeof(int))) == NULL) {
        printf("memory allocated failed!\n");
        exit(1);
    }
    for (i=0; i<N2; i++) {
        printf("small_ip[%d]=%d\t", i, small_ip[i]);
    }
    printf("\n");
    free(small_ip);                // 将 small_ip 指针对应的区域清空
    small_ip = NULL;            // 删除 small_ip 指针
    system("pause");
    return 0;
}

运行结果

ip[0] = 0    ip[1] = 1    ip[2] = 2    ip[3] = 3    ip[4] = 4
large_ip[0] = 0    large_ip[1] = 1    large_ip[2] = 2    large_ip[3] = 3    large_ip[4] = 4    large_ip[5] = 9    large_ip[6] = 9
small_ip[0] = 0    small_ip[1] = 1    small_ip[2] = 2

代码说明

1. 代码看似很长，其实较为简单，首先分配一个包含 5 个整型的内存区域，分别赋值 0 到 4；再用 realloc() 函数扩大内存区域以容纳 7 个整型数，对额外的两个整数赋值为 9；最后再用 realloc() 函数缩小内存区域，直接输出结果（因为 realloc() 函数会自动复制数据）。
2. 这次把分配函数与验证返回值验证写在了一起，为的是书写方便，考虑到优先级问题添加了适当的括号，这种写法较为常用，注意学习使用。
3. 本例 free() 函数只用释放 small_ip 指针即可，如函数介绍中注意里提到的，另外两个指针已被系统回收，不能再次使用。