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J.J. Huang   2019-10-24   C C 語言技術 <201910>   瀏覽次數：次   DMCA.com Protection Status {{moment(1571878800000).fromNow()}}

C語言 - 第二十章 | 指標 - malloc()、free()、calloc() 與 realloc()

📑 目錄
  1. 前置作業
  2. 什麼是malloc()、free()、calloc()與realloc()？

前置作業

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

  • 刪除.cpp檔
  • 新增項目Source.c
  • 專案 -> 屬性 -> C/C++ -> 所有選項 -> 尋找「編譯」 -> 編譯成「編譯成C程式碼(/TC)」

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));

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;
}

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。

C語言 - 第二十章 - 圖 1 (01)

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));

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));

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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free(arr);
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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;
}

C語言 - 第二十章 - 圖 2 (02)​‌​​​​‌‌​​‌​‌‌​‌​​‌‌​​‌​​​‌‌​​​​​​‌‌​​​‌​​‌‌‌​​‌​​‌‌​​​‌​​‌‌​​​​​​‌‌​​‌​​​‌‌​‌​​​​‌​‌‌​‌​‌​​​​‌‌​​‌​‌‌​‌​​‌‌​​‌​​​‌‌​​​​

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;
}

C語言 - 第二十章 - 圖 3 (03)

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;
}

C語言 - 第二十章 - 圖 4 (04)

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);

註：以上參考了
在 Visual Studio 2019 中建立和執行 C 專案
malloc()、free()、calloc() 與 realloc()​‌​​​​‌‌​​‌​‌‌​‌​​‌‌​​‌​​​‌‌​​​​​​‌‌​​​‌​​‌‌‌​​‌​​‌‌​​​‌​​‌‌​​​​​​‌‌​​‌​​​‌‌​‌​​​​‌​‌‌​‌​‌​​​​‌‌​​‌​‌‌​‌​​‌‌​​‌​​​‌‌​​​​

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