c语言中内存的动态分配与释放（多维动态数组构建）

一. 静态数组与动态数组
   静态数组比较常见，数组长度预先定义好，在整个程序中，一旦给定大小后就无法再改变长度，静态数组自己自动负责释放占用的内存。
   动态数组长度可以随程序的需要而重新指定大小。动态数组由内存分配函数(malloc)从堆（heap）上分配存储空间，只有当程序执行了分配函数后，才为其分配内存，同时由程序员自己负责释放分配的内存（free）。

二. 为什么要使用动态数组?
    在实际的编程中，往往会发生这种情况，即所需的内存空间取决于实际输入的数据，而无法预先确定。对于这种问题，用静态数组的办法很难解决。为了解决上述问题，c语言提供了一些内存管理函数，这些内存管理函数结合指针可以按需要动态地分配内存空间，来构建动态数组，也可把不再使用的空间回收待用，为有效地利用内存资源提供了手段。

三. 动态数组与静态数组的比较
    对于静态数组，其创建非常方便，使用完也无需释放，要引用也简单，但是创建后无法改变其大小是其致命弱点！ 　　
    对于动态数组，其创建麻烦，使用完必须由程序员自己释放，否则严重会引起内存泄露。但其使用非常灵活，能根据程序需要动态分配大小。

四. 如何构建动态数组？
    构建动态数组时，我们遵循下面的原则：
    申请的时候从外层往里层，逐层申请；
    释放的时候从里层往外层，逐层释放；

五. 构建动态数组所需指针
    对于构建一维动态数组，需要一维指针； 　　
    对于二维，则需要一维，二维指针； 　　
    对于三维，需要一，二，三维指针； 　　
    依此类推。

六. 动态内存分配与释放函数

/*动态内存分配与释放函数*/
void *malloc(unsigned int size);
void *calloc(unsigned int num, unsigned int size);
void *realloc(void *p,unsigned int size);
void free(void *p);

说明：
（1）
malloc()函数成功：返回所开辟空间首地址；失败:返回空指针；功能：向系统申请size字节堆的空间；
calloc()成功：返回所开辟空间首地址；失败:返回空指针；功能：按类型向系统申请num个size字节堆的空间；
realloc()成功：返回所开辟空间首地址；失败:返回空指针；功能：将p指向的空间变为个size字节堆的空间；
free()没有返回值，释放p指向的堆空间；
（2）
规定为void *类型，这并不是说该函数调用后无返回值，而是返回一个结点的地址，该地址的类型为void(无类型或类型不确定）,即一段存储区的首址，其具体类型无法确定，只有使用时根据各个域值数据再确定。可以用强制转换的方法将其转换为别的类型。例如：

double *pd = NULL;
pd = (double *)calloc(10, sizeof(double));

表示将向系统申请10个连续的double类型的存储空间，并用指针pd指向这个连续的空间的首地址。并且用(double)对calloc()的返回类型进行转换，以便把double类型数据的地址赋值给指针pd。
（3）
使用sizeof的目的是用来计算一种类型的占有的字节数，以便适合不同的编译器。
（4）检查动态内存是否分配成功
由于动态分配不一定成功，为此要附加一段异常处理程序，不致程序运行停止，使用户不知所措。通常采用这样的异常处理程序段：

if (p == NULL) /* 或者if（!p）*/
{
    printf("动态申请内存失败！\n");
    exit(1); //异常退出
}

（5）这四个函数头文件均包含在中。 　　
（6）分配的堆空间是没有名字的,只能通过返回的指针找到它。 　　
（7）绝不能对非动态分配存储块使用free。也不能对同一块内存区同时用free释放两次，如：

free(p);
free(p);

（8）调用 free()时, 传入指针指向的内存被释放, 但调用函数的指针值可能保持不变, 因为p是作为形参而传递给了函数。严格的讲, 被释放的指针值是无效的, 因为它已不再指向所申请的内存区。这时对它的任何使用便可能会可带来问题。所以在释放一个指针指向的内存后，将该指针赋值为0，避免该指针成为野指针：

int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
free(p); /*释放p指向内存*/
p = 0; /*或者 p = NULL，释放p指向的内存后，将p指针赋值为0，避免p指针成为野指针*/

（9）malloc与calloc的区别，对于用malloc分配的内存区间，如果原来没有被使用过，则其中的每一位可能都是0；反之，如果这部分内存空间曾经被分配、释放和重新分配，则其中可能遗留各种各样的数据。也就是说，使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常运行，但经过一段时间后(内存空间已被重新分配)可能会出现问题，因此在使用它之前必须先进行初始化（可用memset函数对其初始化为0），但调用calloc()函数分配到的空间在分配时就已经被初始化为0了。当你在calloc()函数和malloc()函数之间作选择时，你需考虑是否要初始化所分配的内存空间，从而来选择相应的函数。
六.动态数组构建过程
以三维整型数组为例int array[x][y][z]
先遵循从外到里，逐层申请的原则:
最外层的指针就是数组名array，他是一个三维指针，指向的是array[]，array[]是二维指针，所以给array申请内存空间需要一个三维指针int *** p;

/*给三维数组array[x][y][z]动态分配内存*/
int *** p = (int ***)malloc(x * sizeof(int **));
/*或者如下*/
array = (int ***)malloc(x * sizeof(int **))
/*指针p指向的是array三维数组的第一维，有x个元素，所以要sizeof(x * (int **))*/

次层指针是array[]，它是一个二维指针，指向的是array[][]，array[][]是一维指针：

int i, j;
for (i = 0; i < x; i++)
{
    array[i] = (int **)malloc(y * sizeof(int *));
}

最内层指针是array[][],它是个一维指针，所指向的是array[][][]，其是个整型常量。所以给array[][]申请内存应：

int i, j;
for (i = 0; i < x; i++)
{
    for (j = 0; j < y; j++)
    {
        array[i][j] = (int *)malloc(z * sizeof(int));
    }
}

综合以上三步：

/*动态构建三维数组内存分配函数*/
/*
 * pArr: 指向三维数组首地址
 * x: 三维数组第一维元素个数
 * y: 三维数组第二维元素个数
 * z: 三维数组第三维元素个数
 */
void Create3DActiveArray(int ***pArr, int x, int y, int z)
{
    int i, j, k;
    pArr = (int ***)malloc(x * sizeof(int **));

    for (i = 0; i < x; i++)
    {
        pArr[i] = (int **)malloc(y * sizeof(int *));
        for (j = 0; j < y; j++)
        {
           pArr[i][j] = (int *)malloc(z * sizeof(int));
           for (k = 0; k < z; k++)
           {
              pArr[i][j][k] = i + j + k;
           }
        }
    }
}

内存释放函数：

void Free3DActiveArray(int ***pArr, int x, int y)
{
    int i, j, k;
    for (i = 0; i < x; i++)
    {
        for (j = 0; j < y; j++)
        {
            free(pArr[i][j]);
            pArr[i][j] = 0;
        }
        free(pArr[i]);
        pArr[i] = 0;
    }
    free(pArr);

}

/*
    2012年2月29日 12:00:32
    目的：多维数组构建和释放，这里以构建一个动态3维数组为例
*/

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

void Malloc3DActiveArray(int *** pArr, int x, int y, int z);
void Free3DActiveArray(int *** pArr, int x, int y);
//void Display3DArray(int *** pArr, int x, int y, int z);


int main(void)
{
    int x, y, z;
    int *** array = NULL;

    printf("输入一维长度: ");
    scanf("%d",&x);
    printf("输入二维长度: ");
    scanf("%d",&y);
    printf("输入三维长度: ");
    scanf("%d",&z);

    Malloc3DActiveArray(array, x, y, z);
    Free3DActiveArray(array, x, y);
    array = NULL;

    return 0;
}

void Malloc3DActiveArray(int *** pArr, int x, int y, int z)
{
    int i, j, k;
    pArr = (int ***)malloc(x * sizeof(int **));

    for (i = 0; i < x; i++)
    {
        pArr[i] = (int **)malloc(y * sizeof(int *));
        for (j = 0; j < y; j++)
        {
            pArr[i][j] = (int *)malloc(z * sizeof(int));
            for (k = 0; k < z; k++)
            {
                pArr[i][j][k] = i + j + k + 1;
                printf("%d ", pArr[i][j][k]);
            }
            printf("\n");
        }
        printf("\n");
    }
}

void Free3DActiveArray(int *** pArr, int x, int y)
{
    int i, j;
    for (i = 0; i < x; i++)
    {
        for (j = 0; j < y; j++)
        {
            free(pArr[i][j]);
            pArr[i][j] = 0;
        }

        free(pArr[i]);
        pArr[i] = 0;
    }
    free(pArr);
}

/*
    2012年2月29日 12:32:02
    功能：动态构建4维数组，学习动态构建多维数组，并释放多维数组
*/

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

int main()
{
    int n1,n2,n3,n4;
    int ****array;
    int i,j,k,m;

    puts("输入一维长度:");
    scanf("%d",&n1);
    puts("输入二维长度:");
    scanf("%d",&n2);
    puts("输入三维长度:");
    scanf("%d",&n3);
    puts("输入四维长度:");
    scanf("%d",&n4);

    array = (int ****)malloc(n1 * sizeof(int***));//第一维

    for (i = 0; i < n1; i++)
    {
        array[i] = (int***)malloc(n2 * sizeof(int**)); //第二维
        for (j = 0; j < n2; j++)
        {
            array[i][j] = (int**)malloc(n3 * sizeof(int*)); //第三维
            for (k = 0; k < n3; k++)
            {
                array[i][j][k] = (int *)malloc(n4 * sizeof(int));//第四维
                for (m = 0; m < n4; m++)
                {
                    array[i][j][k][m] = i + j + k + m + 1;
                    printf("%d\t", array[i][j][k][m]);
                }
                printf("\n");
            }
            printf("\n");
        }
        printf("\n");
    }

    for (i = 0; i < n1; i++)
    {
        for (j = 0; j < n2; j++)
        {
            for (k = 0; k < n3; k++)
            {
                free(array[i][j][k]);//释放第四维指针
                array[i][j][k] = 0;
            }

            free(array[i][j]);//释放第三维指针
            array[i][j] = 0;
        }

        free(array[i]);//释放第二维指针
        array[i] = 0;
    }

    free(array);//释放第一维指针
    array = NULL;

    return 0;
}

/*
    在vc++6.0中输出结果为：
    -----------------------------------
    输入一维长度:
    1
    输入二维长度:
    2
    输入三维长度:
    3
    输入四维长度:
    4
    1       2       3       4
    2       3       4       5
    3       4       5       6

    2       3       4       5
    3       4       5       6
    4       5       6       7
    Press any key to continue
*/