动态内存申请概述，尤其是增加数组长度的解决方案

1.关于常用内存申请函数的说明

(1) 各个动态内存申请函数简要说明

  malloc  分配指定字节数的存储区。此存储区中的初始值不确定。
  calloc   为指定长度的对象，分配能容纳其指定个数的存储空间。该空间中的每一位(bit)都初始化为0。
  realloc  更改以前分配区的长度(增加或减少)。当增加长度时，可能需将以前分配区的内容移到另一个足够大的区域，而新增区域内的初始值则不确定。

_alloca函数
其调用序列与malloc相同，但是它是在当前函数的栈帧上分配存储空间，而不是在堆中。其优点是：当函数返回时，自动释放它所使用的栈帧，所以不必再为释放空间而费心。其缺点是：某些系统在函数已被调用后不能增加栈帧长度，于是也就不能支持alloca 函数。尽管如此，很多软件包还是使用alloca函数，也有很多系统支持它。

(2)内存的来源

内存区域可以分为栈，堆，静态存储区和常量存储区。     

       从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。

在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。局部变量，函数形参，临时变量都是在栈上获得内存的，它们获取的方式都是由编译器自动执行的。_alloca 函数

从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活，但问题也最多。C 标准函数库提供了许多函数来实现对堆上内存管理，其中包括：malloc函数，free函数，calloc函数和realloc函数。使用这些函数需要包含头文件stdlib.h。

2. realloc 函数用法说明

函数简介：

原型：extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);

     语法：指针名=（数据类型*）realloc（要改变内存大小的指针名，新的大小）。//新的大小一定要大于原来的大小，不然的话会导致数据丢失！

     头文件：#include <stdlib.h> 有些编译器需要#include <malloc.h>，在TC2.0中可以使用alloc.h头文件

     功能：先判断当前的指针是否有足够的连续空间，如果有，扩大mem_address指向的地址，并且将mem_address返回;如果空间不够，先按照newsize指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来mem_address所指内存区域，同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。

    返回值：如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。 注意：这里原始内存中的数据还是保持不变的。当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。

详细说明及注意要点：

       1、如果有足够空间用于扩大mem_address指向的内存块，则分配额外内存，并返回mem_address。

这里说的是“扩大”，我们知道，realloc是从堆上分配内存的，当扩大一块内存空间时， realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节，如果能够满足，自然天下太平。也就是说，如果原先的内存大小后面还有足够的空闲空间用来分配，加上原来的空间大小= newsize。那么就ok。得到的是一块连续的内存。

      2、如果原先的内存大小后面没有足够的空闲空间用来分配，那么从堆中另外找一块newsize大小的内存。

并把原来大小内存空间中的内容复制到newsize中。返回新的mem_address指针。（数据被移动了）。老块被放回堆上。

例如： 

1. #include <malloc.h>
2. void main() 
3. { 
4.    char *p，*q; 
5.    p = (char * ) malloc (10); 
6.    q=p; 
7.    p = (char * ) realloc (q,20); //A
8.    ………………………… 
9. } 

在这段程序中我们增加了指针q，用它记录了原来的内存地址p。这段程序可以编译通过，但在执行到A行时，如果原有内存后面没有足够空间将原有空间扩展成一个连续的新大小的话，realloc函数就会以第二种方式分配内存，此时数据发生了移动，那么所记录的原来的内存地址q所指向的内存空间实际上已经放回到堆上了!这样就会产生q指针的指针悬挂，即指针指向了一块没有分配给用户使用的内存，如果再用q指针进行操作就可能发生意想不到的问题。所以在应用realloc函数是应当格外注意这种情况。

同时，需要注意的是：A语句不要换成要避免 p = realloc(p,2048); 这种写法。有可能会造成 realloc 分配失败后，p原先所指向的内存地址丢失。

规避以上两种问题的有效方法是：将代码改写为

#include <malloc.h>

1. void main()  
2. {  
3.    char *p，*q;  
4.    p = (char * ) malloc (10);  
5.    q=p;  
6.    p = (char * ) realloc (q,20); //A
7.    if(p)        //非常重要！！！当p不为空时。
8.      q=p;
9.    …………………………  
10. } 

     3、返回情况

返回的是一个void类型的指针：调用成功。（这就要求在你需要的时候进行强制类型转换）

    返回NULL：当需要扩展的大小（第二个参数）为0并且第一个参数不为NULL时。此时原内存自动被释放了，此时_realloc()函数相当于free()。

   返回NULL：当没有足够的空间可供扩展的时候。此时，原内存空间的大小维持不变。

4、特殊情况

      如果mem_address为NULL，则realloc()和malloc()类似。分配一个newsize的内存块，返回一个指向该内存块的指针。

     如果newsize大小为0，那么释放mem_address指向的内存，并返回NULL。

    如果没有足够可用的内存用来完成重新分配（扩大原来的内存块或者分配新的内存块），则返回NULL。而原来的内存块保持不变。

realloc使用总结：

    1. realloc失败的时候，返回NULL

    2. realloc失败的时候，原来的内存不改变，不会释放也不会移动

    3 . 假如原来的内存后面还有足够多剩余内存的话，realloc的内存=原来的内存+剩余内存,realloc还是返回原来内存的地址; 假如原来的内存后面没有足够多剩余内存的话，realloc将申请新的内存，然后把原来的内存数据拷贝到新内存里，原来的内存将被free掉,realloc返回新内存的地址

    4. 如果size为0，效果等同于free()。这里需要注意的是只对指针本身进行释放，例如对二维指针**a，对a调用realloc时只会释放一维，使用时谨防内存泄露。

    5. 传递给realloc的指针必须是先前通过malloc(), calloc(), 或realloc()分配的

    6.传递给realloc的指针可以为空，等同于malloc。

3.其他动态内存申请函数详细说明

(1) _alloca()函数

函数简介

内存分配函数,与malloc,calloc,realloc类似，但是注意一个重要的区别,_alloca是在栈(stack)上申请空间,用完马上就释放，包含在头文件malloc.h中，在某些系统中会宏定义成_alloca使用。

函数原型

void * __cdecl  alloca(size_t);

注意事项

在调用 alloca的函数返回的时候, 它分配的内存会自动释放。也就是说, 用 alloca 分配的内存在栈上。

alloca不具可移植性, 而且在没有传统堆栈的机器上很难实现。当它的返回值直接传入另一个函数时会带来问题,因为他分配在栈上.由于这些原因, alloca不宜使用在必须广泛移植的程序中, 不管它可能多么有用。

int main() 

1. { 
2. int *p = (int *)alloca(sizeof(int)*10); 
3.    free(p);//此时不能用free()去释放，会导致错误
4. return 0; 
5. } 

(2)calloc函数

函数简介

calloc是一个C语言函数

     函数名: calloc

     void *calloc(unsigned n,unsigned size)；

     功 能: 在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间，函数返回一个指向分配起始地址的指针；如果分配不成功，返回NULL。

     跟malloc的区别：

     calloc在动态分配完内存后，自动初始化该内存空间为零，而malloc不初始化，里边数据是随机的垃圾数据。并且malloc申请的内存可以是不连续的，而calloc申请的内存空间必须是连续的。

• #include <stdlib.h>
• #include<string.h>

1. #include <stdio.h>
2. int main(void) 
3. { 
4. char *str = NULL; 
5. /* 分配内存空间 */
6.     str = (char*)calloc(10, sizeof(char)); 
7. /* 将hello写入*/
8.     strcpy(str, "Hello"); 
9. /*显示变量内容*/
10.     printf("String is %s ", str); 
11. /* 释放空间 */
12.     free(str); 
13. return 0; 
14. } 

(3)malloc函数

函数简介

原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes);

功能：分配长度为num_bytes字节的内存块

     返回值：如果分配成功则返回指向被分配内存的指针(此存储区中的初始值不确定)，否则返回空指针NULL。当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。函数返回的指针一定要适当对齐，使其可以用于任何数据对象。

    说明：关于该函数的原型，在旧的版本中malloc返回的是char型指针，新的ANSIC标准规定，该函数返回为void型指针，因此必要时要进行类型转换。

函数的工作机制

malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。调用malloc函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后，将该内存块一分为二（一块的大小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。调用free函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后，空闲链会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。于是，malloc函数请求延时，并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段，对它们进行整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。如果无法获得符合要求的内存块，malloc函数会返回NULL指针，因此在调用malloc动态申请内存块时，一定要进行返回值的判断。

Linux Libc6采用的机制是在free的时候试图整合相邻的碎片，使其合并成为一个较大的free空间。