一、为什么存在动态内存分配？

学习动态内存的管理方法之前，我们需要先探讨一个问题，为什么需要动态内存分配呢？
首先，观察如下代码：

int i = 20;
char arr[10]={0};

可以观察到，上面的代码分别在栈空间上开辟了4个字节和10个字节的空间，但上述开辟空间的方式有两个特点：

空间开辟大小是固定的。
数组在申明的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。
但是通常我们对于空间的需求是在程序运行的时候才知道的，那么数组编译时开辟空间的方式就不能满足了。这时候就需要用到动态内存开辟。

二、动态内存函数的介绍

1.malloc和free

C语言提供了一个动态内存开辟函数—>malloc函数：

void* malloc(size_t size);

这个函数向内存申请一块可连续的空间，并返回只想这块空间的指针（及首元素地址）。
#另外注意这块空间是开辟在堆区的，与栈区不同的是，堆区的空间只有在主动释放掉后或程序正常结束后才会释放；而栈区定义的局部变量在函数调用结束后便会自动销毁。

接下来试用一下malloc函数：

char* ptr = (char*)malloc(1024*1024*1024);
printf("%p\n", ptr);
free(ptr);
return 0;

在free（ptr）处打上断点，观察系统内存，可以看到下图12-9程序已经开辟了1G的空间，并且成功输出地址。

去掉断点后，继续运行程序，看到1G内存已经被释放掉。

对于malloc函数：

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malloc的返回值一定要做检查。
返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使用的时候使用者自己来决定。
如果参数 size为0，malloc的行为是标准是未定义的，取决于编译器。

C语言提供了另外一个函数free，专门是用来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：

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。
malloc和free都声明在stdlib.h头文件中。

2.calloc函数

C语言还提供了一个函数叫calloc，calloc函数也用来动态内存分配。原型如下：

void* calloc(size_t num,size_t size);

函数的功能是为num个大小为size的元素开辟一个空间，并且把空间的每个字节初始化为0；
与函数malloc的区别只在于calloc会在返回地址前把申请空间的每个字节初始化为0；

3.realloc函数

realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。
有时我们会发现过去申请的空间太小了，有时候又会觉得申请的空间过大了，那为了合理地使用内存，我们需要对内存的大小做灵活调整。realloc函数可以做到对动态开辟内存大小的调整。函数原型如下：

void* realloc(void* ptr,size_t size)

ptr 是要调整的内存地址.
size 调整之后新大小.
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。
realloc在调整内存空间的是存在两种情况：

情况1：原有空间之后有足够大的空间。
情况2：原有空间之后没有足够大的空间。
当是情况1 的时候，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。
当是情况2 的时候，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。（实际过程是：开辟新空间—拷贝旧空间内容—释放旧空间），因此对于情况2，只用释放新空间。

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