C语言 静态内存分配与动态内存分配

1、静态内存分配

静态内存分配是在编译时完成的，内存的分配不会在程序运行时改变。变量在程序整个运行周期内都存在，通常是全局变量或局部静态变量。这种方式的内存分配由编译器自动管理，程序员不需要手动控制。

1）全局变量

在函数外部定义，可以在程序的任何部分被访问。

#include <stdio.h>

// 全局变量
int counter = 0;

void increment() {
    counter++;  // 直接访问全局变量
}

int main() {
    printf("初始值：%d\n", counter);
    increment();
    printf("增加后：%d\n", counter);
    return 0;
}

2）局部静态变量

在函数内部定义，使用static关键字，虽然作用域局限于该函数，但其值在函数调用之间持续存在。

#include <stdio.h>

void function() {
    // 静态局部变量
    static int num = 0;
    num++;
    printf("当前值：%d\n", num);
}

int main() {
    function();  // 第一次调用：1
    function();  // 第二次调用：2
    function();  // 第三次调用：3
    return 0;
}

2、动态内存分配

动态内存分配是在程序运行时进行的，可以根据需要动态地分配和释放内存。在C语言中，动态内存分配通常通过以下几个标准库函数实现：

1）malloc(size_t size)

分配size字节的内存块，并返回一个指向它的指针。分配的内存块未初始化。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n = 5; // 假设我们想创建一个包含5个整数的数组
    int *arr = (int*) malloc(n * sizeof(int)); // 动态分配内存

    if (arr == NULL) {
        printf("Memory allocation failed\n");
        return 1; // 如果内存分配失败，退出程序
    }

    // 初始化数组
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1; // 赋值为1, 2, 3, 4, 5
    }

    // 打印数组元素
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    free(arr); // 释放内存
    return 0;
}

2）calloc(size_t num, size_t size)

分配足够空间以容纳num个大小为size的元素，返回一个指向它的指针，并将所有位设置为0。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // 包含对 calloc 的定义

int main() {
    int numElements = 5; // 假设我们需要一个有 5 个元素的数组
    // 为 int 类型的数组分配内存
    int *arr = (int *)calloc(numElements, sizeof(int)); 

    if (arr == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed!\n");
        return 1; // 如果内存分配失败，返回错误代码
    }

    // 输出数组的元素，查看它们是否都初始化为 0
    printf("The array elements are:\n");
    for (int i = 0; i < numElements; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 使用完毕后释放内存
    free(arr);

    return 0;
}

3）realloc(void *ptr, size_t size)

调整之前由malloc或calloc分配的内存块ptr的大小。如果新大小大于原大小，可能会移动内存块。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int* arr = malloc(10 * sizeof(int)); // 初始分配10个整数的空间
    if (arr == NULL) {
        perror("Initial malloc failed");
        exit(1);
    }

    // 使用arr...

    // 重新分配为更大的内存空间
    int* temp = realloc(arr, 20 * sizeof(int));
    if (temp == NULL) {
        perror("Realloc failed");
        free(arr); // 重要：失败时，原始内存仍需手动释放
        exit(1);
    }
    arr = temp; // 更新arr指针

    // 使用扩展的arr...

    free(arr); // 释放内存
    return 0;
}

3、区别对比

4、使用场景