C語言 - 第二十章 | 指標 - malloc()、free()、calloc() 與 realloc()
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由於很多語法在C++裡面，很多的語法、型態、轉型⋯等等，都非常的嚴謹，而教材又有點年紀了。
將專案修改為C專案，請參考在 Visual Studio 2019 中建立和執行 C 專案
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什麼是malloc()、free()、calloc()與realloc()？
到目前為止，都是事先宣告好所要使用的變數，當程式開始執行時，這些變數就會自動被配置記憶體空間。
然而有時有些變數並不知道何時會被使用，若希望在使用到的時候再配置空間給變數，並在變數不使用的時候，將變數所佔有的空間還給記憶體，這時候可以使用malloc()與free()函式。
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| int *ptr = malloc(sizeof(int));
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malloc()運算子會配置一個int需要的空間，並傳回該空間的位址，所以使用指標ptr來儲存這個位址，這段程式只配置空間但不初始空間中的儲存值。
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| #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *ptr = malloc(sizeof(int));
printf("空間位置:%p\n", ptr);
printf("空間儲存值：%d\n", *ptr);
*ptr = 200;
printf("空間位置:%p\n", ptr);
printf("空間儲存值：%d\n", *ptr);
free(ptr);
return 0;
}
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使用malloc()函式動態配置的空間，在整個程式結束前並不會自動歸還給記憶體，必須使用free()函式將空間還給記憶體，如上面的程式在結束前所作的動作。
在這個程式中，雖然顯示完畢後程式也就結束，但這邊還是示範了free()的用法，而這也是個好習慣，日後程式在持續執行過程中，若大量使用malloc()而沒有適當地使用free()的話，由於空間一直沒有歸還，最後將導致整個記憶體空間用盡。
來看一個簡單的動態記憶體配置的應用，陣列使用的一個缺點，就是陣列的大小必須事先決定好，然而有時候無法知道要使用多大的陣列，或者希望由使用者自行決定陣列大小，這時候就可以使用動態記憶體配置，加上指標運算來解決這個問題，先說明陣列動態配置的方式。
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| int *arr = malloc(1000 * sizeof(int));
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這段程式碼動態配置了1000個int大小的空間，並傳回空間的第一個位址，配置後的空間資料是未知的，可以使用calloc() 來宣告空間配置。
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| int *arr = calloc(1000, sizeof(int));
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這個程式將宣告1000個int大小的空間，並將所有的空間值初始為0。同樣地，使用malloc()或calloc()配置得來的空間，在不使用時應該使用free()釋放。
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| #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int size = 0;
printf("請輸入陣列長度：");
scanf("%d", &size);
int *arr = malloc(size * sizeof(int));
printf("顯示元素值：\n");
for(int i = 0; i < size; i++) {
printf("arr[%d] = %d\n", i, *(arr+i));
}
printf("指定元素值：\n");
for(int i = 0; i < size; i++) {
printf("arr[%d] = ", i);
scanf("%d" , arr + i);
}
printf("顯示元素值：\n");
for(int i = 0; i < size; i++) {
printf("arr[%d] = %d\n", i, *(arr+i));
}
free(arr);
return 0;
}
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也可以使用指標來模擬二維陣列，只要清楚二維陣列中的兩個維度的索引值之位移量就可以了。
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| #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int m = 0;
int n = 0;
printf("輸入二維陣列維度(m*n)：");
scanf("%d*%d", &m, &n);
int *ptr = malloc(m * n * sizeof(int));
for(int i = 0; i < m; i++) {
for(int j = 0; j < n; j++) {
*(ptr + n*i + j) = i + j;
}
}
for(int i = 0; i < m; i++) {
for(int j = 0; j < n; j++) {
printf("%d\t", *(ptr+n*i+j));
}
putchar('\n');
}
free(ptr);
return 0;
}
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如果要改變先前配置的記憶體大小，則可以使用realloc()，你必須先使用malloc()、calloc()或realloc()配置記憶體，而後使用所得到的位址來使用realloc()重新配置記憶體大小。
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| #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int size = 0;
printf("請輸入陣列長度：");
scanf("%d", &size);
int *arr1 = malloc(size * sizeof(int));
printf("指定元素值：\n");
for(int i = 0; i < size; i++) {
printf("arr1[%d] = ", i);
scanf("%d" , arr1 + i);
}
printf("顯示元素值：\n");
for(int i = 0; i < size; i++) {
printf("arr1[%d] = %d\n", i, *(arr1+i));
}
int *arr2 = realloc(arr1, sizeof(int) * size * 2);
printf("顯示元素值：\n");
for(int i = 0; i < size * 2; i++) {
printf("arr2[%d] = %d\n", i, *(arr2+i));
}
printf("arr1 address: %p\n", arr1);
printf("arr2 address: %p\n", arr2);
free(arr2);
return 0;
}
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在這邊要注意的是，上例中，arr1與arr2的位址相同並不保證，realloc()會需要複製資料來改變記憶體的大小，若原位址有足夠的空間，則使用原位址調整記憶體的大小，若空間不足，則重新尋找足夠的空間來進行配置，在這個情況下，realloc() 前舊位址的空間會被釋放掉，因此，必須使用realloc()傳回的新位址，而不該使用舊位址，若realloc()失敗，則傳回空指標（null）最好是進行檢查。
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| int *arr2 = realloc(arr1, sizeof(int) * size * 2);
if(!arr2) {
arr1 = arr2;
}
....
free(arr1);
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註：以上參考了
在 Visual Studio 2019 中建立和執行 C 專案
malloc()、free()、calloc() 與 realloc()
