堆操作

计算机内存中有一块区域称为堆。堆可以由程序控制申请释放等操作。

堆也经常被称为动态内存。堆申请也被称为动态内存分配。堆就可以做到动态内存分配。希望其它资料上讲解动态内存分配不要陌生。

堆操作没有新的语法知识，仅仅是学习几个关于堆的函数。

堆操作函数一般封装在malloc.h中。需要引用头文件#include<malloc.h>。部分编译器是封装在stdio.h或stdlib.h中，必要时注意引用。

本节要介绍的函数有如下：

  malloc ： 堆空间分配函数
    free ： 堆空间释放
    calloc ： 堆空间分配、初始数据清零函数。相比malloc，此函数会把申请的内存每个字节全部设置为0，少用，不重点介绍
    realloc ： 修改指定堆空间大小函数

函数原型及解释如下：

void * malloc(unsigned int size)

参数size指定要申请的堆空间大小，单位为字节。返回值根据成功与否确定。分配失败返回NULL;分配成功返回被分配的堆空间指针。malloc返回void类型指针，使用时可以强制转换成自己需要的指针类型。

void free(void * p)

参数p指定要释放的堆空间地址。参数p要为堆分配函数如malloc、calloc、realloc等返回的地址。地址传递错误，运行时可能出错。函数无返回值。

void * calloc(unsigned int n,unsigned int size)

分配n块空间，每块大小是size字节。申请后的空间是连续的，总大小为n*size字节。申请成功，将这些空间每个字节都设置成0然后返回地址。申请失败返回NULL。calloc有点类似malloc(n*size)，但是多一个把申请成功的空间清0的操作。此函数使用较少，本节不再详细介绍。

void * realloc(void *p,unsigned int size)

重新分配已成功申请的堆空间地址。参数p（一般为堆分配函数malloc、calloc返回的结果）为将要重新分配的堆空间地址，size为修改之后的空间大小。修改成功，返回新的堆空间地址，失败返回NULL。

注意：重新分配，realloc返回的地址可能与p相同或不同。当重新分配的空间大小大于以前时，realloc尽量在原地址扩展，扩展成功，就直接返回原地址p。扩展失败，会重新申请堆空间，并将p指向的堆空间数据复制到新空间中，释放掉原堆空间，然后返回新空间地址。重新分配失败，返回NULL。重新分配的空间小于原空间大小时，一般返回就是原空间地址。仅仅释放部分堆空间。

重新分配空间时，realloc会保留原有的数据。堆空间缩小时，保留新字节数的数据。

堆空间分配成功，不需要时请调用free函数释放系统资源，降低对系统资源的浪费。如果一直不释放申请的堆空间，程序直到退出系统才会自动收回。

举例说明，先让用户输入数字n，然后再输入n个整数。计算n个整数的值并输出算式。

分析，由于是用户动态输入n，所以用数组不合适，数组定义时必须是常量。数组元素定义少了，可能不无承受用户输入的数字个数，分配太多，会造成浪费。用堆合适，用户输入多少，分配相应的空间大小即可。例：

1. #include<stdio.h>
2. #include<malloc.h> //一般堆操作函数在此头文件中有定义
4. int main( )
5. {
6. unsigned int n; //无符号整型来记录数字多少
7. int *p,sum=0; //p用来记录堆空间地址,sum记录数字之和
9. printf("您需要计算多少数字？\n");
11. scanf("%d",&n);
13. p = (int *)malloc(n * sizeof(int)); //int类型占用空间大小乘以n，才是要申请的字节数。malloc返回值void*要强制转换成int *
15. printf("请输入运算数:\n");
17. if(p == NULL) return 1; //如果分配失败，就退出
19. for(unsigned int j = 0;j < n;++j)
20. {
21. scanf("%d",&p[j]);
22. }
24. for(unsigned int i = 0;i < n;++i)
25. {
26. if(i != 0)printf("+"); //当i不为0时，说明已经有数字输出，此时要输出一个加号
28. printf("%d",p[i]); //以数组的方式引用指针。因为释放堆时还需要p，所以p不能自增自减，要保持原样
30. sum += p[i];
31. }
33. free(p);//释放空间
35. printf("=%d\n",sum);
37. getchar( ) ;getchar( ) ; //使程序暂停一下
38. return 0;
39. }

根据输入情况，效果图不同：

修改下上面的题目，再拿realloc举个例子。假设用户不必提前输入数字，而是以输入0算作结尾。

例子解题思路是申请堆，输入数字放入堆。数字为0停止输入;数字不为，重新分配堆空间大小，新大小是原有基础上加一个int类型的大小。输入结束，输出算式时，同样遇到0算运算结束。例：

1. #include<stdio.h>
2. #include<malloc.h> //一般堆操作函数在此头文件中有定义
4. int main( )
5. {
6. unsigned int n = 0; //记录用户输入多少int数字
7. int *p,sum=0; //p用来记录堆空间地址,sum记录数字之和
9. p = (int *)malloc(sizeof(int) ); //先申请一个int类型空间大小
11. if(p == NULL) return 1; //如果分配失败，就退出
13. puts("请输入数字，以0结束");
15. do //至少输入一次，先输入后判断，用do-while比较合适
16. {
17. scanf("%d",&p[n]);
19. if(p[n] != 0)
20. {
21. int * src = p; //保留原堆空间指针，重新分配失败时可以以此为参数释放
23. p = (int *)realloc(src,(n + 2)*sizeof(int) ); //n是下标，原有大小是n+1个元素。新大小再加一个元素大小，即n+2
25. if(p == NULL)
26. {
27. free(src); //重新分配失败释放原空间，停止继续执行
28. return 1;
29. }
30. }
31. }while(0 != p[n++]); //输入0停止输入，跳出循环。判断后n自增
33. n = 0; //n清0，在以后的代码码记录数组下标
35. while(p[n] != 0) //遇到计算结束
36. {
37. if(n != 0)printf("+"); //当i不为0时，说明已经有数字输出，此时要输出一个加号
39. printf("%d",p[n]); //以数组的方式引用指针。因为释放堆时还需要p，所以p不能自增自减，要保持原样
41. sum += p[n++]; //一轮计算完毕，n自增
42. }
44. free(p);//释放空间
45. printf("=%d\n",sum);
47. getchar( ) ;getchar( ) ; //使程序暂停一下
48. return 0;
49. }

根据输入情况，效果图不同：

效果图仅供参考。