在C语言中，库函数是预定义的一组函数，它们提供了许多基本操作，方便程序员进行开发。本节主要关注C库中的动态存储分配相关的函数，包括`malloc`、`free`、`realloc`和`calloc`，这些函数都包含在`malloc.h`头文件中。
1. `malloc()` 函数：
`malloc()` 是一个动态内存分配函数，用于在程序运行时向系统申请指定大小的内存空间。它的语法是 `void *malloc(unsigned size)`，其中`size`参数表示需要分配的字节数。如果分配成功，`malloc`会返回指向分配内存起始位置的指针，如果分配失败（例如内存不足），则返回`NULL`。例如：
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main() {
char *string;
string = malloc(_MAX_PATH);
if (string == NULL) {
printf("Insufficient memory available\n");
} else {
// 使用分配的内存...
free(string);
printf("Memory freed\n");
}
return 0;
}
```
2. `free()` 函数：
`free()` 函数用于释放之前通过`malloc`、`calloc`或`realloc`函数分配的内存。其语法是 `void free(void *ptr)`，其中`ptr`参数是要释放的内存的起始地址。释放内存后，该内存块将可以被再次分配。例如：
```c
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
int main() {
char *str;
str = malloc(10);
strcpy(str, "Hello");
printf("String is %s\n", str);
free(str); // 释放内存
return 0;
}
```
3. `realloc()` 函数：
`realloc()` 用于改变已分配内存的大小。它可以扩大或缩小内存块的容量，同时保持原有的数据。其语法是 `void *realloc(void *ptr,unsigned newsize)`，`ptr`是原始分配的内存指针，`newsize`是新的大小。如果成功，它返回指向新分配内存的指针，失败则返回`NULL`，且原有内存不会被释放。需要注意的是，如果`realloc`扩大内存并失败，原有的内存仍然有效，所以最好先复制原内存到临时变量，再调用`realloc`。例如：
```c
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
long *buffer;
size_t size;
if ((buffer = (long *)malloc(1000 * sizeof(long))) == NULL)
exit(1);
size = _msize(buffer);
printf("Size of block after malloc of 1000 longs: %u\n", size);
// 扩大内存
if ((buffer = realloc(buffer, size + (1000 * sizeof(long)))) == NULL)
exit(1);
size = _msize(buffer);
printf("Size of block after realloc of 1000 more longs: %u\n", size);
free(buffer);
exit(0);
}
```
4. `calloc()` 函数：
`calloc()` 函数用于一次性分配多个元素的内存，每个元素的大小由`elsize`指定，元素的总数由`nelem`指定。它会返回指向分配内存起始位置的指针，并且分配的内存会被初始化为0。其语法是 `void *calloc(size_t num, size_t size)`。例如：
```c
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
int main() {
long *buffer;
buffer = (long *)calloc(40, sizeof(long));
if (buffer != NULL)
printf("Allocated 40 long integers, each initialized to 0\n");
else
printf("Memory allocation failed\n");
free(buffer);
return 0;
}
```
这些函数是C语言中处理动态内存的重要工具，理解并熟练使用它们对于编写高效、可靠的C程序至关重要。程序员应始终确保在不再需要内存时调用`free`，以防止内存泄漏，并注意在内存操作中避免野指针和悬垂指针的问题。在实际编程中，合理使用内存管理函数能够提高程序的灵活性和性能。
