malloc与calloc有何区别？

为什么需要动态内存分配？

在 C 语言中，变量的内存分配方式主要有两种：

1. 静态内存分配：在编译时确定内存大小，如 int a[100];，大小固定，不能在程序运行时改变。
2. 动态内存分配：在程序运行时，根据需要向操作系统申请内存，这种方式非常灵活，可以处理数据大小不确定的情况（读取用户输入的未知数量的数据）。

malloc 和 calloc 就是实现动态内存分配的两个标准库函数。

malloc (Memory Allocation)

malloc 的作用是在堆上分配一块指定大小的连续内存空间。

函数原型

#include <stdlib.h> // 或 <malloc.h>
void *malloc(size_t size);

参数

• size_t size: 你想要分配的内存字节数。

返回值

• 成功: 返回一个指向分配内存块起始地址的 void* 指针。void* 是一个通用指针，你可以将它转换为任何类型的指针。
• 失败: 返回 NULL 指针，如果内存不足或请求为 0，malloc 可能会失败，此时必须检查返回值。

特点

• 不初始化：malloc 分配的内存是未初始化的，里面是“垃圾值”（Garbage Value），你必须手动将值写入这块内存。
• 只分配指定大小的内存：它只关心你请求的字节数，不关心你用来接收它的指针类型。

使用示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int n = 5;
    int *ptr;
    // 1. 分配内存
    // sizeof(int) * n 计算总共需要多少字节
    ptr = (int *)malloc(n * sizeof(int)); // 将 void* 转换为 int*
    // 2. 检查分配是否成功
    if (ptr == NULL) {
        printf("内存分配失败！\n");
        return 1; // 退出程序
    }
    printf("malloc 成功分配了 %d 个 int 的内存，\n", n);
    // 3. 使用内存（必须手动初始化）
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        ptr[i] = i + 10; // 给每个元素赋值
    }
    // 4. 打印内存内容
    printf("ptr 指向的数组内容: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    printf("\n");
    // 5. 释放内存
    free(ptr); // 释放后，ptr 变成“野指针”，最好立即置为 NULL
    ptr = NULL;
    return 0;
}

calloc (Contiguous Allocation)

calloc 的作用是在堆上分配一块内存，并将其所有位初始化为 0。

函数原型

#include <stdlib.h> // 或 <malloc.h>
void *calloc(size_t num, size_t size);

参数

• size_t num: 要分配的元素个数。
• size_t size: 每个元素的大小（字节数）。

返回值

• 成功: 返回一个指向分配内存块起始地址的 void* 指针。
• 失败: 返回 NULL 指针。

特点

• 自动初始化为 0：calloc 分配的内存会被清零，这对于数组结构特别有用，可以避免使用未初始化的数据。
• 参数是元素个数和大小：它的设计更侧重于分配数组。

使用示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int num_elements = 5;
    int *ptr;
    // 1. 分配内存
    // 分配 5 个 int 大小的内存，并全部初始化为 0
    ptr = (int *)calloc(num_elements, sizeof(int));
    // 2. 检查分配是否成功
    if (ptr == NULL) {
        printf("内存分配失败！\n");
        return 1;
    }
    printf("calloc 成功分配了 %d 个 int 的内存，并初始化为 0，\n", num_elements);
    // 3. 打印内存内容（可以直接看到是 0）
    printf("ptr 指向的数组内容: ");
    for (int i = 0; i < num_elements; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    printf("\n");
    // 4. 使用内存（可以直接赋值，因为已经是 0）
    ptr[0] = 100;
    ptr[4] = 200;
    printf("修改后的数组内容: ");
    for (int i = 0; i < num_elements; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    printf("\n");
    // 5. 释放内存
    free(ptr);
    ptr = NULL;
    return 0;
}

malloc vs calloc 核心区别

重要注意事项

1. 检查返回值：每次调用 malloc 或 calloc 后，必须检查返回值是否为 NULL，这是防止程序因内存不足而崩溃的关键步骤。
2. 释放内存：使用 malloc/calloc 分配的内存，在不再使用时，必须使用 free() 函数释放，否则会导致内存泄漏。
3. 避免重复释放：对同一块内存调用 free() 两次是未定义行为，通常会导致程序崩溃。
4. 释放后置空：free(ptr) 只是释放了内存，但指针变量 ptr 本身仍然存在，它仍然指向那块已释放的内存（这被称为“野指针”），为了避免误用，最好在 free 后立即将指针置为 NULL：ptr = NULL;。
5. 不要越界访问：动态分配的内存有固定的大小，访问超出这个范围的内存（数组越界）会导致未定义行为，可能引发程序崩溃或安全漏洞。
6. realloc 的补充：如果需要调整已分配内存的大小，可以使用 realloc 函数，它会尝试在原地扩展内存，如果不行，则会分配一块新内存，并将旧数据复制过去，然后释放旧内存。

• 用 malloc：当你只需要一块内存，并且不关心它初始值是什么（或者你之后会立即覆盖它），或者你只想分配一个单一的结构体时。
• 用 calloc：当你明确需要分配一个数组，并且希望所有元素的初始值都为 0 时。calloc 在这一点上提供了便利和安全性。

理解并正确使用 malloc 和 calloc 是掌握 C 语言动态内存管理的基石，也是编写健壮、高效 C 程序的必备技能。