下面我为你详细讲解“C语言动态内存分配函数的实现”的完整攻略。
1. 动态内存分配函数
动态内存分配函数包括以下三个函数,都定义在头文件stdlib.h中:
malloc()
:动态分配内存,返回void类型的指针(即void *),指向新分配的内存块的首地址。calloc()
:动态分配内存,并在分配时将内存初始化为0,返回void类型的指针(即void *),指向新分配的内存块的首地址。realloc()
:重新分配之前已分配的内存大小,返回void类型的指针(即void *),指向新分配的内存块的首地址。
这三个函数分别用于在程序运行期间,动态地分配和管理内存。
2. malloc()函数实现
malloc()函数的原型如下:
void *malloc(size_t size);
size_t是unsigned类型的整数,通常是unsigned int类型,表示需要分配的内存块大小。
malloc()函数的实现过程如下:
- 首先声明一个指针变量,指向分配的内存块。
- 调用系统函数sbrk()向操作系统请求size字节的内存空间。
- 如果sbrk()调用成功,则把返回值(也就是新申请到的内存块的首地址)赋值给指针变量,并返回指针变量。
- 如果sbrk()调用失败(返回-1),则返回NULL。
下面是一个示例说明,使用malloc()函数动态分配内存:
int *p;
p = (int *) malloc(sizeof(int) * 5); // 动态分配5个int类型的内存块
if (p == NULL) {
printf("malloc failed\n");
} else {
// 内存分配成功,可以使用指针进行操作
for (int i = 0; i < 5; i++) {
p[i] = i + 1;
}
}
3. calloc()函数实现
calloc()函数的原型如下:
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);
nmemb是unsigned类型的整数,表示需要分配的元素个数;size表示每个元素的大小。
calloc()函数的实现过程如下:
- 明确需要分配的总内存大小total_size,等于元素个数nmemb乘以每个元素的大小size。
- 调用系统函数sbrk()向操作系统请求total_size字节的内存空间。
- 如果sbrk()调用成功,则把返回值(新申请到的内存块的首地址)赋值给指针变量,并返回指针变量。
- 把申请到的内存块清零,初始化其所有字节为0。
下面是一个示例说明,使用calloc()函数动态分配内存:
int *p;
p = (int *) calloc(5, sizeof(int)); // 动态分配5个int类型的内存块,并初始化为0
if (p == NULL) {
printf("calloc failed\n");
} else {
// 内存分配成功,可以使用指针进行操作
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d ", p[i]); // 输出0 0 0 0 0
}
}
4. realloc()函数实现
realloc()函数的原型如下:
void *realloc(void *ptr, size_t size);
ptr是指向先前已分配内存块的指针,size是需要重新分配的内存块大小。
realloc()函数的实现过程如下:
- 如果ptr为NULL,则直接调用malloc()函数分配size大小的内存块,并返回指针。
- 如果size为0,则直接调用free()函数释放ptr指针指向的内存块,并返回NULL。
- 调用系统函数brk(),计算出下一块空闲内存的首地址next_block。
- 如果next_block等于realloc前内存块的首地址块的尾地址,则直接扩展内存块大小,并返回ptr指针,realloc调用结束。
- 如果next_block小于ptr指向的内存块的尾地址,则当前内存块不能扩展,需要重新申请一块大于size的内存块,并将原有内存块的数据复制到新的内存块里,然后释放原有内存块,返回新分配内存块的首地址。
- 如果next_block大于ptr指向的内存块的尾地址,则可以直接扩展内存块大小。
下面是一个示例说明,使用realloc()函数重新分配内存:
int *p;
p = (int *) malloc(sizeof(int) * 5); // 动态分配5个int类型的内存块
if (p == NULL) {
printf("malloc failed\n");
} else {
// 内存分配成功,可以使用指针进行操作
for (int i = 0; i < 5; i++) {
p[i] = i + 1;
}
p = (int *) realloc(p, sizeof(int) * 10); // 扩展内存块大小为10个int
if (p == NULL) {
printf("realloc failed\n");
} else {
// 内存扩展成功,可以使用指针进行操作
for (int i = 0; i < 10; i++) {
printf("%d ", p[i]); // 输出1 2 3 4 5 0 0 0 0 0
}
}
}
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