内存管理

C语言中，栈内存（局部变量）自动分配/释放，静态区（全局、静态变量）编译时分配；堆内存需手动分配/释放，核心函数有3个：

`malloc`函数

原型：void* malloc(size_t size);
功能：在堆上分配连续的size字节内存，不初始化内存内容。
返回值：成功则返回指向内存首地址的void*指针；失败返回NULL（如内存不足）。

用法示例：

int *p = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); // 分配能存5个int的内存（需强转） 
if (p == NULL) { // 检查分配失败 printf("malloc failed\n"); return -1; 
}

`calloc`函数

原型：void* calloc(size_t num, size_t size);
功能：在堆上分配**num个大小为size的连续内存块**，且自动初始化为0。
返回值：成功返回内存首地址void*；失败返回NULL。
与malloc的区别：calloc会初始化内存为0，且参数是“个数+单个大小”（malloc是总字节数）。

用法示例：

int *q = (int*)calloc(5, sizeof(int)); // 分配5个int，每个初始化为0 
if (q == NULL) { /* 错误处理 */ }

`realloc`函数

原型：void* realloc(void* ptr, size_t new_size);
功能：调整已分配内存块的大小（基于ptr指向的原内存）。
调整逻辑：
- 若原内存后有足够空间，直接扩展，返回原地址；
- 若空间不足，重新分配新内存块，复制原数据到新块，释放原内存，返回新地址；
- 若ptr为NULL，等价于malloc(new_size)；若new_size为0，等价于free(ptr)（不同实现有差异）。
返回值：成功返回新内存首地址；失败返回NULL（原ptr指向的内存不变）。

用法示例：

p = realloc(p, 10 * sizeof(int)); // 将p的内存从5个int扩容到10个int 
if (p == NULL) { /* 错误处理（原p内存仍有效） */ }

内存释放函数`free`

原型：void free(void* ptr);
功能：将ptr指向的动态分配的堆内存归还给系统，避免内存泄漏。
注意点：
- ptr必须是malloc/calloc/realloc返回的指针（否则行为未定义，如野指针、栈内存指针）；
- 释放后ptr变为悬空指针（指向无效内存），需手动置NULL避免误用；
- 不可重复释放同一指针（未定义行为，可能崩溃）。

用法示例：

free(p); 
p = NULL; // 释放后置空，避免悬空指针

常见问题与注意事项

分配失败检查：调用malloc/calloc/realloc后，必须判断返回值是否为NULL，否则后续操作空指针会崩溃。
内存泄漏：动态分配的内存未用free释放，程序结束前不会自动回收，长期运行会耗尽内存。
悬空指针：free后指针未置NULL，后续若误操作（如解引用、再次free）会触发未定义行为。
内存越界：访问分配内存范围外的地址（如p[5]但只分配了5个int，索引0~4有效），会破坏内存结构，导致程序崩溃或数据错乱。
realloc的风险：若realloc失败返回NULL，原ptr仍有效，需单独处理（如备份原指针）。

C语言动态内存管理核心是malloc/calloc/realloc分配堆内存，free释放内存。需牢记分配必检查、释放要置空、避免越界/重复释放，才能安全管理内存。

指针

一、指针的基本概念

定义与声明
指针是存储另一个变量的地址的变量。其声明形式如下：
```
数据类型 *指针名;
```
其中数据类型是指针指向的数据类型的说明符，而*表示这是一个指针变量。
示例：
```
int *p; // p 是一个指向整数的指针
```
取地址运算符（&）和解引用运算符（*）
- &：取地址运算符，用于获取变量的地址。
```
int a = 5;
int *p = &a; // p 现在保存了 a 的地址
```
- *：解引用运算符，访问指针所指向的值。
```
int value = *p; // value 将会是 5，即 p 所指向位置的值
```

二、指针与数组

在C语言中，数组名实际上是一个指向数组第一个元素的常量指针。这意味着你可以使用指针来遍历数组。

示例：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // 等价于 int *p = &arr[0];
for (int i = 0; i < 5; ++i) {printf("%d ", *(p + i)); // 使用指针访问数组元素
}

三、指针与函数

传递指针作为参数
通过传递指针给函数，可以在函数内部修改调用者提供的变量的值。
示例：
```
void increment(int *n) {(*n)++;
}int main() {int number = 10;increment(&number);// number 现在是 11
}
```
返回指针
函数可以返回一个指针，但需要小心处理动态分配的内存以避免内存泄漏。
示例：
```
int* createArray(int size) {return malloc(size * sizeof(int));
}
```

四、指针的算术运算

指针支持加法和减法操作，允许你移动指针指向不同的内存位置。

指针加法：将指针向前移动若干个元素的位置。

int arr[] = {1, 2, 3};
int *p = arr;
p++; // p 现在指向 arr[1]

指针减法：将指针向后移动若干个元素的位置或计算两个指针之间的距离。

五、多级指针

指针本身也可以有地址，即指向指针的指针或多级指针。

示例：

int a = 10;
int *p = &a; // p 是一个指向 int 的指针
int **pp = &p; // pp 是一个指向 int* 类型指针的指针

六、void指针

void*是一种特殊类型的指针，它可以指向任何数据类型的变量，但它不能直接解引用，因为编译器不知道它实际指向的数据类型。

示例：

void* ptr;
int a = 10;
ptr = &a;
int *intptr = (int*)ptr; // 需要强制转换为具体类型才能解引用

七、指针的安全注意事项

空指针检查：在使用指针前，应该检查它是否为NULL。
```
if (ptr != NULL) {// 安全使用指针
}
```
避免悬空指针：当指针指向的内存被释放后，该指针变成悬空指针。访问悬空指针会导致未定义行为。
正确管理动态内存：使用malloc, calloc, realloc分配内存，并确保使用free释放不再使用的内存以避免内存泄漏。

函数指针

在C语言中，指针不仅可以指向变量，还可以指向函数。函数指针是一种特殊的指针类型，它存储的是函数的起始地址，可以通过这个指针来调用函数。

一、定义和声明函数指针

定义一个函数指针需要指定其指向的函数的返回类型以及参数列表。其基本语法如下：

返回类型 (*指针名)(参数类型列表);

例如，假设有一个返回类型为int，接受两个int类型参数的函数，那么对应的函数指针可以这样定义：

int add(int a, int b) {return a + b;
}int (*funcPtr)(int, int); // 定义一个函数指针

二、初始化函数指针

你可以将函数的名字赋值给函数指针，因为函数名本质上是指向函数入口点的指针。例如：

funcPtr = add; // 将add函数的地址赋给funcPtr

或者直接在声明时初始化：

int (*funcPtr)(int, int) = add;

三、通过函数指针调用函数

一旦函数指针被初始化，就可以像普通函数那样使用它来调用函数：

int result = funcPtr(3, 4); // 相当于调用add(3, 4)
printf("%d\n", result); // 输出7

四、函数指针作为参数传递

函数指针可以作为参数传递给其他函数，这在实现回调机制时非常有用。例如：

void executeOperation(int (*operation)(int, int), int a, int b) {printf("Result: %d\n", operation(a, b));
}int main() {executeOperation(add, 5, 3); // 传递add函数的指针return 0;
}

五、函数指针数组

你也可以创建一个函数指针数组，用于存储多个函数指针。这对于实现类似多态的行为很有帮助。

int subtract(int a, int b) {return a - b;
}int main() {int (*operations[2])(int, int) = {add, subtract}; // 函数指针数组int result1 = operations[0](10, 5); // 调用addint result2 = operations[1](10, 5); // 调用subtractprintf("Add: %d, Subtract: %d\n", result1, result2);return 0;
}

六、注意事项

类型匹配：函数指针的类型必须与它指向的函数的签名完全匹配（包括返回类型和参数列表）。
空指针检查：如同其他类型的指针一样，使用前应确保函数指针不是NULL，避免未定义行为。
函数指针与函数本身的区别：虽然函数名可以直接赋值给函数指针，但它们并不完全相同。函数名是编译时常量，而函数指针是一个变量，可以在运行时改变其所指向的函数。