2013年（7）
分类： C/C++
2013-01-22 18:29:46
指针是一个非常灵活且强大的编程工具，有非常广泛的应用。大多数C程序都在某程度上使用了指针。C语言还进一步增强了指针的功能，为在代码中使用指针提供了很强的激励机制，它允许在执行程序时动态分配内存。只有使用指针，才能动态分配内存。
在程序的执行期间分配内存时，内存区域中的这个空间称为堆（heap）。还有另一个内存区域，称为堆栈（stack），其中的空间分配给函数的参数和本地变量。在执行完该函数的，存储参数和本地变量的内存空间就会释放。堆中的内存是由程序员控制的，在分配堆上的内存时，由程序员跟踪所分配的内存何时不再需要，并释放这些空间，以便于以后重用它们。
1、动态内存分配： malloc()函数
在运行时分配内存的最简单的标准库函数是malloc()。使用这个函数时需要在程序中包含头文件
例如：int *pNumber = (int *)malloc(100);
这条语句请求100个字节的内存，并把这个内存的地址赋予pNumber.只要不修改它，任何时间使用这个变量pNumber,它都会指向所分配的100个字节的第一个int的位置。这个内存块能保存25个int值，每个int占4个字节。
注意，类型转换(int *)将函数返回的地址转换成int类型的指针。这是因为malloc()是一般用途的，可以为任何类型的数据分配内存。这个函数不知道要这个内存作什么用，所以它返回一个void类型的指针，写做void*。类型void*的指针可以指向任意类型的数据，然而不能取消对void指针的引用，因为它指向未具体说明的对象，许多编译器会把malloc()返回的地址自动转换成适当的类型，且不会伤害具体于说明的对象。
在应用动态分配内存之后要做相应的检查，所分配的内存是否已分配，再使用它。如：if(pNumber == NULL)
2、分配内存时使用sizeof运算符
为不同类型的数据分配内存可以使用sizeof运算符
pNumber = (int *) malloc(75*sizeof(int));
这一句请求分配足以存储75个int类型的内存。sizeof是一个运算符，它返回一个size_t 类型的无符号整数，该整数是存储它的参数需要的字节数。它把关键字如int或float等作为参数，返回存储该类型的数据项所需的字节数。它的参数也可以是变量或数组名。把数组名作为参数时，sizeof返回存储整个数组所需的字节数。使用sizeof,可以根据不同的C编译器为int类型的值自动调整所需的存储空间。
下面来看一个例子来实际应用一下：
#include#include #include int main(void) { unsigned long *primes = NULL; unsigned long trial = 0; bool found = false; size_t total = 0; size_t count = 0; size_t i = 0; printf("How many primes would you like - you'll get at least 4?"); scanf("%u", &total); total = total < 4U ? 4U : total; primes = (unsigned long *)malloc(total * sizeof(unsigned long)); if(primes == NULL) { printf("\\nNot enough memory. Hasta la Vista, baby.\\n"); return 1; } *primes = 2UL; *(primes + 1) = 3UL; *(primes +2) = 5UL; count = 3U; trial = 5U; while(count < total) { trial += 2UL; for(i = 0; i < count; i++) if(!(found = (trial % *(primes+i)))) break; if(found) *(primes + count++) = trial; } for(i = 0; i < total; i++) { if(!(i % 5U)) printf("\\n"); printf("%12lu", *(primes + i)); } printf("\\n"); return 0; }
代码说明：
这个例子是计算质数，运行这段代码可以输入要程序产生的质数个数。指针变量primes引用一块用于存储所计算的质数的内存区。在程序中没有一开始就定义内存，而是在输入质数个数后分配的。然后使用malloc()来分配内存，内存分配好就把已经知道的前三个质数定义好，将它们放在primes指针指向的内存区的前三个位置。
有了三个质数，就把count变量设定为3，用最后一个质数5初始化变量trial.
开始查找下一个质数时，给trial中的值加2，得到下一个要测试的数字，所有的质数都在while循环内查找。
在while循环中用一个for循环来判断这个数是不是质数，
for(i = 0; i < count; i++)
if(!(found = (trial % *(primes+i))))
break;
在这个循环中trial除以每个质数的余数存放在found中，如果能除尽，余数是0，因此found设置为false。如果余数是0，就表示trial不是质数，可以中断for循环，测试下一个。如果余数不是0则found的值是false.当遍历整个循环后没有可以除尽的，说明这个数是质数就把这个数加入到内存区域的下一个位置中。
下面就是输出所得到的质数了，用for循环来每行显示5个质数。
3、用calloc()函数分配内存
calloc()函数与malloc()函数相比有两个优点：
一是：它把内存分配为给定大小的数组，
二是：它初始化了所分配的内存，所有的位都是0。
calloc()函数需要两个参数：数组的元素个数和数组元素占用的字节数，这两个参数的类型都是size_t。该函数也不知道数组元素的类型，所以所分配区域的地址返回为void*类型。如下所示：
int *pNumber = (int *) calloc(75, sizeof(int));
使用calloc()给包含75个int元素的数组分配内存。如此，把上面的例子修改一下，用calloc()这个函数来分配所需的内存，只要修改如下代码就行其他的不用改变。
primes = (unsigned long *)calloc(total, sizeof(unsigned long));
4、释放动态分配的内存
在动态分配内存时，应总是在不需要该内存时释放它们。堆上分配的内存会在程序结束时自动释放，甚至是在退出程序之前，也应立即释放。在比较复杂的情况下，很容易出现内存泄漏。当动态分配了一些内存时，没有保留对它们的引用，就会出现内存泄漏，此时无法释放内存。这常常发生在循环内部，由于没有释放不再需要的内存，程序会使用越来越多的内存，最终占用所有内存。
当然要释放malloc()或calloc()分配的内存，必须使用函数返回的引用内存块的地址。要释放动态分配的内存，而该内存地址存储在pNumber指针中，可以使用下面的语句：
free(pNumber);
free()函数的形参是void*类型，所有指针类型都可以自动转换为这个类型，所以可以把任意类型的指针作为参数传送给这个函数。只要pNumber包含分配内存时malloc()或calloc()返回的地址，就会释放所分配的整个内存块，以备以后使用。
如果给free()函数传送一个空指针，该函数就什么也不做。应避免两次释放相同的内存域，因为在这种情况下，free()函数的操作是不确定的，因此无法预料。如果多个指针变量引用已分配的内存，就有可能两次释放相同的内存，所以要特别小心。
5、重新分配内存 ——realloc()
realloc()函数可以重用前面通过malloc()或calloc()分配的内存。函数需要两个参数：一个是指针，它包含前面调用malloc()、calloc()或realloc()返回的地址，另一个是要分配的新内存字节数。
realloc()函数释放第一个指针参数引用的之前分配的内存，然后重新分配该内存区域，以满足第二个参数指针的新请求。显然，第二个参数的值不应超过以前分配的字节数。否则，新分配的内存将与以前分配的内存区域大小不相同。
动态分配的内存的基本规则：
a、避免分配大量的小内存块。分配堆上的内存有一些系统开销，所分配许多小的内存块比分配几个大内存块的系统开销大。
b、仅在需要时分配内存。只要使用完堆上的内存块，就释放它。
c、总是确保释放已分配的内存。在编写分配内存的代码时，就要确定在代码的什么地方释放内存。
d、在释放内存之前，确保不会无意中覆盖堆上分配的内存的地址，否则程序就会出现内存泄漏。在循环中分配内存时，要特别小心。