周立功教授數(shù)年之心血之作《程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》，電子版已無償性分享到電子工程師與高校群體，在公眾號(hào)回復(fù)【程序設(shè)計(jì)】即可在線閱讀。書本內(nèi)容公開后，在電子行業(yè)掀起一片學(xué)習(xí)熱潮。經(jīng)周立功教授授權(quán)，本公眾號(hào)特對(duì)本書內(nèi)容進(jìn)行連載，愿共勉之。

第一章為程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，本文為1.9.1 malloc（）函數(shù)和1.9.2 calloc（）函數(shù)。

》》》》 1.9 動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存

首先回顧一下內(nèi)存分配，所有程序都必須預(yù)留足夠的內(nèi)存存儲(chǔ)程序使用的數(shù)據(jù)，這些內(nèi)存中有些是自動(dòng)分配的。比如，聲明“int iNum;”為一個(gè)int類型的值預(yù)留了足夠的內(nèi)存，或顯式指定分配一定數(shù)量的內(nèi)存，“int pData［20］;”聲明預(yù)留了20個(gè)內(nèi)存位置，每個(gè)位置存儲(chǔ)的是int類型的值。聲明還為內(nèi)存提供了標(biāo)識(shí)符，因此可以使用iNum或pData識(shí)別數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)在程序載入內(nèi)存時(shí)分配的，自動(dòng)數(shù)據(jù)是在程序執(zhí)行時(shí)分配的，并在程序離開時(shí)銷毀。但C能做的遠(yuǎn)不止這些，可以在程序運(yùn)行時(shí)請(qǐng)求所需要的內(nèi)存大小。

程序在運(yùn)行時(shí)分配的內(nèi)存空間稱之為“堆”的存儲(chǔ)池，雖然計(jì)算機(jī)在硬件上不直接支持堆，但C函數(shù)庫（stdlib.h）分別提供了用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和釋放的函數(shù)malloc（）和free（），即在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)存儲(chǔ)單元，在不需要時(shí)釋放。

》》》 1.9.1 malloc（）函數(shù)

malloc（）函數(shù)原型如下：

void *malloc（unsigned int size）;

其中，void *表示該函數(shù)是指針函數(shù)，size為所需內(nèi)存的字節(jié)數(shù)，可以用sizeof運(yùn)算符計(jì)算每個(gè)元素所需要的空間數(shù)量和所有元素需要內(nèi)存的字節(jié)數(shù)。如果分配成功，雖然malloc（）不會(huì)為分配的內(nèi)存賦名，但它確實(shí)返回了動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存塊的首字節(jié)地址。因此可以將該地址賦給一個(gè)指針變量，并使用指針變量訪問這塊內(nèi)存。如果分配不成功或內(nèi)存不足，則返回空指針NULL。因此在使用它返回的指針之前，一定要先檢查返回值，否則可能會(huì)導(dǎo)致程序非正常終止。比如：

int *pi = malloc（sizeof（int））;

if（pi ！= NULL）{

// 指針沒有問題

}else{

// 無效的指針

}

malloc（）函數(shù)可用于返回指向數(shù)組的指針、指向結(jié)構(gòu)的指針等，所以通常該函數(shù)的返回值會(huì)被強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為匹配的類型，但從C99版本開始，void *類型的指針不需要強(qiáng)制轉(zhuǎn)換地賦給所有的指針類型變量。

當(dāng)編寫程序時(shí)，常常很難為數(shù)組估計(jì)合適的大小，較為方便的做法是等到程序運(yùn)行時(shí)，再來確定數(shù)組的實(shí)際大小。其方法是用malloc（）在程序執(zhí)行期間為數(shù)組分配空間，然后通過指向數(shù)組第一個(gè)元素的指針訪問數(shù)組。假設(shè)正在編寫的程序需要n個(gè)整數(shù)構(gòu)成的數(shù)組，這里的n可以在程序執(zhí)行期間計(jì)算出來。首先需要聲明指針變量：

int * pi， n;

一旦n的值已知，就讓程序調(diào)用malloc（）函數(shù)為數(shù)組分配存儲(chǔ)空間：

pi = malloc（n * sizeof（int））;

if（pi == NULL） return -1;

當(dāng)pi指向分配動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存塊時(shí)，就可以忽略pi是指針的事實(shí)，將它作為數(shù)組名使用，這是C語言數(shù)組和指針形成緊密關(guān)系的所帶來的便利。由于數(shù)組名是該數(shù)組首元素的地址，如果讓pi指向這個(gè)塊的首元素，便可以象使用數(shù)組名一樣使用它。即可以使用pi［0］訪問該塊的首元素，pi［1］訪問第2個(gè)元素，以此類推。比如，使用下列循環(huán)對(duì)pi指向的數(shù)組進(jìn)行初始化：

for（i = 0; i 《 n; i++） pi［i］ = 0;

動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配可以提供更多的靈活性，比如：

char *pcStr;

char *pcStr = malloc（strlen（“OK！”） + 1）;

strcpy（pcStr， “OK！”）;

在這里，使用strlen（）計(jì)算字符串的長度，一定要記得加上結(jié)束符NUL。為何不用sizeof呢？因?yàn)閟zieof會(huì)返回?cái)?shù)組和指針的長度，而不是字符串的長度。

》》》 1.9.2 calloc（）函數(shù)

雖然可以用malloc（）函數(shù)為數(shù)組分配內(nèi)存，但C語言提供了一種更好用的calloc（）函數(shù)，其函數(shù)原型如下：

void *calloc（size_t nmenb， size_t size）;

calloc（）函數(shù)為nmemb個(gè)元素的數(shù)組分配內(nèi)存空間，其中，每個(gè)元素的長度都是size個(gè)字節(jié)。如果要求的空間無效，那么此函數(shù)返回指針。在分配了內(nèi)存之后，calloc（）函數(shù)會(huì)通過將所有位設(shè)置為0的方式進(jìn)行初始化。比如，調(diào)用calloc（）函數(shù)為n個(gè)整數(shù)的數(shù)組分配存儲(chǔ)空間，且保證所有整數(shù)初始化為0。比如：

pi = calloc（n， sizeof（int））;

因?yàn)閏alloc（）函數(shù)會(huì)清楚分配的內(nèi)存，而malloc（）函數(shù)不會(huì)，所以可以調(diào)用以“1”作為第一個(gè)實(shí)參的calloc（）函數(shù)，為任何類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)分配空間。比如：

struct point{ int x， y;} *pi;

pi = calloc（1， sizeof（struct point））;

在執(zhí)行此語句后，pi將指向一個(gè)結(jié)構(gòu)體，且此結(jié)構(gòu)體的成員x和y都會(huì)被設(shè)為0。