C语言动态存储范文

一、动态存储管理的实现

C语言的动态存储管理由一组标准库函数实现，其原型在标准文件<stdlib.h>里描述，需要用这些功能时应包含这个文件。与动态存储分配有关的函数共有四个：

1）存储分配函数malloc。其函数原型是：voidmalloc(unsignedintsize)；其作用是在内存的动态存储区中分配一个长度为size的连续空间。这里的size是一个无符号整型，malloc的返回值为void类型，它分配一片能存放大小为size的数据的存储块，返回指向该存储块起始地址的指针值；如果不能满足申请（例如内存不足）就返回空指针NULL。所以在调用该函数时应该检测返回值是否为NULL并执行相应的操作。

2）带计数和清0的动态存储分配函数calloc。其函数原型是：

void*calloc(unsignedn，unsignedsize)；参数size意指数据元素的大小，n指要存放的元素个数。calloc将分配一块存储，其大小足以存放n个大小各为size的元素，分配之后还把存储块里全部清0（初始化为0值）。如果分配不成功就返回NULL。

3）动态存储释放函数free。其原型是：voidfree(void*p)；其作用是释放指针p所指的内存区，使这部分内存区能被其它变量使用。p是调用calloc或malloc函数时返回的值。free函数无返回值。如果当时p的值是空指针，free就什么也不做。注意，调用free(p)不会改变p的值（在函数里不可能改变值参数p），但被p指向的内存区的内容却可能变了（可能由于存储管理的需要）。释放后不允许再通过p去访问已释放的区，否则也可能引起灾难性后果。由于内存区域有限，每个程序都应尽量节省资源。当所分配的内存区域不再使用时，就应及时将它释放，以便其它的变量或者程序使用，这应该成为习惯。这时就要用到free函数。

4）分配调整函数realloc。其函数原型是：void*realloc(void*p，unsignedn)；其作用是更改以前的存储分配。在调用realloc时，指针变量p的值必须是调用calloc或malloc函数时返回的值，参数n表示现在需要的存储块大小。realloc在无法满足新要求时返回NULL，同时也保持p所指的存储块的内容不变。如果能够满足要求，realloc就返回一片存放大小为n的数据的存储块，并保证该块的内容与原块一致：如果新块较小，其中将存放着原块里大小为n的范围内的那些数据；如果新块更大，原有数据存在新块的前面一部分里，新增的部分不自动初始化。如果分配成功，原存储块的内容就可能改变了，因此不允许再通过p来使用它。请注意：通过动态分配得到的块是一个整体，只能作为一个整体管理。在调用free(p)或者realloc(p，……)时，p当时的值必须是以前通过调用存储分配函数得到的，绝不能对指在动态分配块里其它位置的指针调用这两个函数，更不能对并不指向动态分配块的指针使用它们，那样做的后果不堪设想。

二、使用动态存储管理的要点

1)必须检查分配的成功与否。常的解决办法是，在使用内存之前检查指针是否为NULL。如果指针p是函数的参数，那么在函数的入口处用assert(p!=NULL)进行检查。如果是用malloc或new来申请内存，则用以下语句来防错：if((p=(...*)malloc(…))==NULL){……/*对分配未成功情况的处理*/}。2）系统对动态分配块的使用不做任何检查。编程序的人需要保证使用的正确性，绝不可以超出实际存储块的范围进行访问。例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。这种越界访问可能造成大灾难。3）一个动态分配块的存在期并不依赖于分配这个块的地方。在一个函数里分配的存储块的存在期与该函数的执行期无关。函数结束时不会自动回收这一存储块，要回收这种块，唯一的方法就是通过free释放（完全由写程序的人控制）。4）如果在函数里分配了一个存储块，并用局部变量指向它，在这个函数退出前就必须考虑如何处理这个块。如果这个块已经没用了，那么就应该把它释放掉；如果这个块还有用（其中保存着有用的数据），那么就应该把它的地址赋给存在期更长的变量（例如全局变量），或者把这个地址作为函数返回值，让调用函数的地方去管理它。5）其它情况也可能造成存储块丢失。例如给一个指向动态存储块的指针赋其它值，如果此前没有其它指针指向这个块，此后就再也无法找到它了。如果一个存储块丢失了，在这个程序随后的运行中，将永远不能再用这个存储块所占的存储。6）计算器系统里的存储管理分很多层次。一个程序运行时，操作系统分给它一部分存储，供它保存代码和数据。其数据区里包括一块动态存储区，由这个程序的动态存储管理系统管理。该程序运行中的所有动态存储申请都在这块空间里分配，释放就是把不用的存储块交还程序的动态存储管理系统。一旦这个程序结束，操作系统就会收回它占用的所有存储空间。

三、关于动态调整策略

我们可以将一个动态分配的，能存储许多元素的存储块可以看成一个“数组”，要实现这样一个能在使用中根据需要增长的“动态”数组，需要考虑所采用的增长策略。

一个简单而直接的想法是设定一个增量，例如10，一旦存储区满时就把存储区扩大10个单元。仔细考虑和计算会发现这样做有很大的缺限。实际中对存储量的需要常常是逐步增加的。一般说，在遇到存储区满时，实际上需要另外分配一块更大的存储区，并需要把原块里已有的元素复制到新块里。realloc完成这种操作的代价通常与原有的元素个数成正比。

四、函数、指针和动态存储

如果需要在函数里处理一组数据，并把处理结果反应到调用函数的地方，最合适的办法就是在函数调用时提供数组的起始位置和元素数目（或者结束位置）。这时函数完全不必知道用的是程序里定义的数组变量，还是动态分配的存储块。例如，我们完全可以用如下方式调用筛法函数：intns[1000]；intmain(){inti，j；sieve(1000，ns)；for(j=1，i=2；i<=n；++i)；if(ns[i]==1){printf("%7d%c"，i，(j%8?''''''''：''''\n''''))；++j；}putchar(''''\n'''')；return0；}

在前一节的筛法程序实例里，我们在主函数里通过动态分配取得存储，而后调用函数sieve，最后还是由main函数释放这块存储。这样，分配和释放的责任位于同一层次，由同一个函数（函数main）完成。这样做最清晰，易于把握，是最好的处理方案。

但也存在一些情况，其中不能采用上述做法，例如上面的直方图程序。程序里定义了一个读入函数，它需要根据输入情况确定如何申请动态存储。这时的动态存储的申请在被调用函数readscore的内部，该函数完成向存储块里填充数据的工作，最后把做好的存储块（就像是一个数组）的地址通过返回值送出来。调用函数（main）用类型合适的指针接收这个地址值，而后通过这个指针使用这一存储块里的数据。

首先，这一做法完全正确，因为动态分配的存储块将一直存在到明确调用free释放它为止。虽然上述存储块是在函数readscores里面分配的，但它的生命周期（生存期）并不随该函数的退出而结束。语句：

scores=readscores(&n)；使scores得到函数readscores的运行中申请来并填充好数据的存储块，在main里继续用这个块是完全没问题的。当然，采用这种方式，readscores就不应该在退出前释放该块。注意：上面的调用除了传递有关的数据外，实际上还有存储管理责任的转移问题。在readscores把一块存储的指针通过返回值送出来时，也把释放这块存储的责任转交给main。这样，我们也可以看出前面的程序忽略了一件事情，在那里没有释放这一存储块。应做的修改就是在main的最后加一个释放语句（当然，由于main的结束就就是整个程序的结束，未释放的这块存储也不会再有用了。如前所述，在这个程序结束后，操作系统将会回收这个程序占用的全部存储）。

现在考虑readscores的设计里的一个问题。在前面的程序里，readscores通过int指针参数(实参应该是一个int变量的地址)传递实际读入数据的个数。另一种可能做法是让函数返回这一整数值，例如将其原型改成：intreadscores(???)；这样，我们在main里就可以写如下形式的调用：if(readscores(……)<=0){……}/*产生错误信息并结束程序*/(这一写法使人想起标准库的输入函数scanf)。如果这样设计函数，调用readscores的地方就需要通过实参取得函数里动态分配的存储块地址。也就是说，要从参数获得一个指针值。问题是，这个函数的参数应该如何定义呢？答案与其它情况完全一样。如果我们想通过实参取得函数里送出来的一个int值，就要把一个int变量的地址送进函数，要求函数间接地给这个变量赋值。同理，现在需要得到一个指针值，就应该通过实参把这种指针变量的地址送进去，让函数通过该地址给调用时指定的指针变量赋值。这样，修改后的函数readscores的原型应该是：intreadscores(double**dpp)；

总的说来，我们介绍了指针、函数与动态分配之间的一些关系，并讨论了几种不同的处理技术。只要有可能，在程序里最好使用第一种设计，因为它最清晰，也最不容易出现忘记释放的情况，如果不得已而采用了其它方式，那么就一定要记得存储管理责任的交接问题，并在适当的地方释放动态分配的存储区。

摘要：本文探讨了C语言的动态存储管理的实现、使用要点、动态调整策略等方面内容，以其对有关人员提供参考/

关键词：C语言；动态；存储；管理。

所谓动态内存分配就是指在程序执行的过程中动态地分配或者回收存储空间的分配内存的方法。动态内存分配不像数组等静态分配方法那样需要预先分配存储空间，而是由系统根据程序的需要实时分配，且分配的大小就是程序要求的大小。