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分配数组

Q: 「分配数组」这节课中我会学到什么？

预留堆内存。 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 C Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

预留堆内存。

分配数组 是 CoddyKit 上的免费 C Academy 课时。这是第 1 节课，共 4 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 C Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 C Academy 课程共包含 4 节课。

为什么需要动态数组

普通数组的大小在编译时就已经固定。但在许多情况下，只有等程序运行后，您才知道需要多少个元素。

动态数组可以解决这个问题：您可以在运行时使用 malloc 向操作系统申请一块内存，并通过变量决定其大小。

认识内存分配函数

malloc（memory allocate，内存分配）位于 <stdlib.h> 中。您向它传入字节数，它会返回指向该内存块的指针；如果失败，则返回 NULL。

这块内存来自堆，并会一直存在，直到您释放它。

int *p = malloc(10 * sizeof(int));

使用 sizeof 计算大小

不要硬编码字节数。请使用 sizeof，这样代码在不同平台上都能保持正确。

要为 n 个整数分配空间，请将 n 乘以 sizeof(int)。常见的写法是 n * sizeof(*p)，它会使用指针自身的类型。

int *p = malloc(n * sizeof(*p));

始终检查 NULL

如果系统内存不足，malloc 会返回 NULL。解引用 NULL 指针会导致程序崩溃。

请在使用结果之前进行检查。这个简单的习惯可以避免许多难以调试的故障。

int *p = malloc(n * sizeof(*p));
if (p == NULL) {
    fprintf(stderr, "out of memory\n");
    return 1;
}

完整的内存分配

下面是一个完整的程序，它会为 5 个整数分配空间，填入这些整数，然后将它们打印出来。

请注意其中的对应关系：开始时使用 malloc，结束时使用 free。

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

int main(void) {
    int n = 5;
    int *a = malloc(n * sizeof(*a));
    if (!a) return 1;
    for (int i = 0; i < n; i++) a[i] = i * i;
    for (int i = 0; i < n; i++) printf("%d\n", a[i]);
    free(a);
    return 0;
}

malloc 不会清零

malloc 返回的内存未经初始化：其中保存的是之前遗留的任意数据。

在写入之前读取它，会得到不可预测的值。请始终先为每个元素赋值，再读取它。

int *a = malloc(3 * sizeof(*a));
/* a[0], a[1], a[2] hold garbage here */
a[0] = 10;

calloc 会自动清零

calloc(count, size) 会为 count 个元素分配空间，每个元素占用 size 个字节，并将每个字节都设置为零。

当您需要一个干净、填充为零的数组时，可以使用它。它还可以防止乘法运算发生溢出。

int *a = calloc(5, sizeof(*a));
/* every element is now 0 */

calloc 的实际应用

这个程序使用 calloc，并确认数组在我们修改之前已经从零开始。

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

int main(void) {
    int n = 4;
    int *a = calloc(n, sizeof(*a));
    if (!a) return 1;
    for (int i = 0; i < n; i++) printf("%d\n", a[i]);
    free(a);
    return 0;
}

为内存块建立索引

指向堆内存块的指针，其行为与数组名称完全相同。您可以使用 a[i] 读取和写入从 0 到 n-1 的任意元素。

在底层，a[i] 与 *(a + i) 完全相同。

int *a = malloc(3 * sizeof(*a));
a[0] = 1;
*(a + 1) = 2;   /* same as a[1] = 2 */
a[2] = 3;

注意边界

如果您分配了 n 个元素，有效索引就是从 0 到 n-1。向 a[n] 写入属于未定义行为。

C 不会替您检查边界，因此越界一位的错误可能会悄无声息地破坏内存。

int *a = malloc(3 * sizeof(*a));
a[2] = 99;   /* OK, last valid index */
/* a[3] = 0;  BUG: out of bounds */

在运行时读取大小

动态分配真正强大的地方在于：大小可以来自输入、文件或计算结果。同一段代码既可以分配 2 个元素，也可以分配 200 万个元素。

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

int main(void) {
    int n = 6;            /* could be scanf'd */
    long *a = malloc(n * sizeof(*a));
    if (!a) return 1;
    long sum = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) { a[i] = i + 1; sum += a[i]; }
    printf("%ld\n", sum);
    free(a);
    return 0;
}

快速检查

测试您对内存分配的理解。

回顾

您可以使用 malloc(n * sizeof(*p)) 分配动态数组，或使用 calloc(n, sizeof(*p)) 分配一个填充为零的数组。

请始终检查 NULL，记住 malloc 不会清除原有数据，索引范围从 0 到元素个数减一，并为每次分配配对使用一个 free。接下来，您将学习如何在保留数据的同时调整内存块的大小。

常见问题解答

「分配数组」课时是免费的吗？

是的 — 「分配数组」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 C Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 C Academy 课程共包含 4 节课。

「分配数组」这节课中我会学到什么？

预留堆内存。你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 C Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 C Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 C Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 1 节课，共 4 节。

「分配数组」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 C Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 C Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

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