动态内存分配：避免蓝桥杯C语言中的内存泄漏

### C语言之动态内存分配 #### 存储区划分 在C语言中，根据不同的存储需求，内存可以被划分为五个主要区域：栈、堆、全局区（静态区）、常量区以及代码区。 1. **栈**： - 栈是由编译器自动管理的一种数据结构，它遵循先进后出（LIFO）的原则。 - 当函数执行时，局部变量（包括形参）都会被自动分配在栈上，并且在函数退出时，这些变量会自动被销毁。 - 栈空间通常比较小，适合存储那些生命周期较短的数据。 2. **堆**： - 堆是在运行时动态分配的内存，它的生命周期由程序员控制。 - 使用`malloc`, `calloc`, `realloc`等函数可以申请堆内存，而通过`free`函数释放这些内存。 - 如果程序员忘记释放堆内存，则可能导致内存泄漏，直至程序结束时操作系统回收这部分内存。 3. **全局区（静态区）**： - 全局变量和静态变量都存储在全局区。 - 已初始化的全局变量与静态变量位于同一区域；而未初始化的全局变量和静态变量则位于另一个相邻区域。 - 这些变量在整个程序运行期间都有效。 4. **常量区**： - 常量区专门用来存放常量，如字符串常量、整型常量等。 - 存储在常量区的数据不能被修改，这有助于保护数据的安全性和完整性。 5. **代码区**： - 代码区存放了程序的机器码，即函数的二进制表示。 - 当函数被调用时，其参数和局部变量会被分配在栈上，并在函数返回时释放。 #### 内存分配函数 1. **malloc**： - 函数原型：`void *malloc(unsigned int size);` - `malloc`函数向系统请求分配`size`字节的内存，并返回指向这块内存的指针。 - 返回的指针类型为`void *`，需根据实际需求进行类型转换。 - 示例： ```c char *str = malloc(8); strcpy(str, "iPhone"); ``` - 使用完毕后，应通过`free`函数释放这块内存： ```c free(str); ``` 2. **calloc**： - 函数原型：`void *calloc(unsigned n, unsigned size);` - `calloc`函数与`malloc`类似，但它还会对分配的内存进行初始化，将所有字节设为0。 - 参数`n`表示要分配的对象数量，`size`表示每个对象的大小。 - 示例： ```c int *arr = calloc(5, sizeof(int)); ``` 3. **realloc**： - 函数原型：`void *realloc(void *ptr, unsigned new_size);` - `realloc`函数用于改变之前分配的内存块的大小。 - 如果新的大小比原来的要大，则超出的部分会被保留；如果新的大小比原来的小，则超出的部分会被释放。 - 示例： ```c int *arr = malloc(5 * sizeof(int)); arr = realloc(arr, 10 * sizeof(int)); ``` #### 结构体与动态内存分配 对于结构体类型的变量，也可以通过`malloc`等函数来动态分配内存。 - 示例： ```c struct Student { char name[20]; int age; }; struct Student *p = malloc(sizeof(struct Student)); strcpy(p->name, "zhangsan"); p->age = 20; ``` - 对于结构体数组，同样可以通过类似的方式分配内存： ```c struct Student *q = malloc(5 * sizeof(struct Student)); ``` #### 内存操作函数 1. **memset**： - 函数原型：`void *memset(void *s, int c, size_t n);` - `memset`函数用于将指定大小的内存区域设置为特定值。 - 参数`s`是指向内存区域的指针，`c`是要设置的值，`n`是设置的字节数。 - 示例： ```c char str[100]; memset(str, 'A', 100); ``` 2. **memcpy**： - 函数原型：`void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);` - `memcpy`函数用于将`src`指向的内存区域的前`n`个字节复制到`dest`指向的内存区域。 - 示例： ```c char src[100] = "Hello, World!"; char dest[100]; memcpy(dest, src, strlen(src) + 1); ``` 3. **memcmp**： - 函数原型：`int memcmp(const void *buf1, const void *buf2, unsigned int count);` - `memcmp`函数用于比较两个内存区域的内容是否相等。 - 如果`buf1`小于`buf2`，则返回负数；如果相等，则返回0；如果`buf1`大于`buf2`，则返回正数。 - 示例： ```c char str1[100] = "Hello"; char str2[100] = "Hello"; int result = memcmp(str1, str2, 5); if (result == 0) { printf("Strings are equal.\n"); } ``` #### 实践应用 为了加深理解，可以通过以下实践题目来进一步巩固所学知识： 1. **题目一：最大值查找** - 输入一个整型数组的长度，然后动态创建一个数组，并为数组中的每个元素随机赋值。 - 输出数组中的最大值。 2. **题目二：文本处理** - 给定一段文本，编写程序将文本中的所有单词存放到一个字符串数组中。 - 提示：可以使用`malloc`来动态创建字符串数组，并根据需要调整其大小。 通过以上介绍，我们可以看到C语言中动态内存分配的重要性及其在实际编程中的应用。掌握这些基本概念和技术，对于开发高效、可靠的C程序至关重要。