malloc 与 free
在堆上分配内存
malloc 与 free 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。
堆
到目前为止，变量都存放在栈上，并具有固定的生命周期。堆允许您在运行时请求内存，并在需要时一直保留它。
您可以使用<stdlib.h>中的函数自行管理堆内存。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int *p = malloc(sizeof(int));
*p = 99;
printf("%d\n", *p);
free(p);
return 0;
}调用内存分配函数
malloc(size)会保留size字节，并返回指向这些字节的指针；失败时返回NULL。
这部分内存是未初始化的，其中的内容是不确定的。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int *p = malloc(sizeof(int));
*p = 7;
printf("value = %d\n", *p);
free(p);
return 0;
}使用 sizeof 计算大小
请始终使用sizeof计算分配大小，以确保代码在任何平台上都正确。
写成sizeof(*p)可以自动将大小与指针的类型关联起来。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
double *p = malloc(sizeof(*p));
*p = 3.14;
printf("%f\n", *p);
free(p);
return 0;
}始终检查 NULL
如果分配失败，malloc会返回NULL。对它解引用会导致程序崩溃。
使用结果前请先进行检查。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int *p = malloc(sizeof(int));
if (p == NULL) {
printf("allocation failed\n");
return 1;
}
*p = 5;
printf("ok: %d\n", *p);
free(p);
return 0;
}分配数组
要容纳多个元素，请将元素大小乘以元素数量。
malloc(n * sizeof(int))会为n个整数创建足够的空间。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int n = 5;
int *arr = malloc(n * sizeof(int));
for (int i = 0; i < n; i++) arr[i] = i * i;
for (int i = 0; i < n; i++) printf("%d ", arr[i]);
printf("\n");
free(arr);
return 0;
}堆数组使用指针索引
访问堆数组时，可以通过指针使用熟悉的arr[i]语法；它等价于*(arr + i)。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int *arr = malloc(3 * sizeof(int));
arr[0] = 10;
*(arr + 1) = 20;
arr[2] = 30;
printf("%d %d %d\n", arr[0], arr[1], arr[2]);
free(arr);
return 0;
}释放内存
free(p)会将内存块返还给分配器。此后不得再使用p访问这部分内存。
每次成功调用malloc都需要对应调用一次free。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
char *buf = malloc(16);
if (buf) {
buf[0] = 'A';
printf("%c\n", buf[0]);
free(buf);
}
return 0;
}free(NULL) 是安全的
对NULL指针调用free不会执行任何操作，而且完全合法。
这简化了可能在分配成功前执行的清理代码。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int *p = NULL;
free(p);
printf("free(NULL) was safe\n");
return 0;
}返回堆内存
与栈变量不同，堆内存在函数返回后仍然存在。这使函数能够分配并返回一个缓冲区。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int *make_range(int n) {
int *a = malloc(n * sizeof(int));
for (int i = 0; i < n; i++) a[i] = i;
return a;
}
int main(void) {
int *r = make_range(4);
printf("%d %d\n", r[0], r[3]);
free(r);
return 0;
}在 C 中不要转换 malloc 的类型
在 C 语言中，malloc返回的void *会自动转换为任意指针类型。
进行类型转换没有必要，还可能掩盖遗漏<stdlib.h>头文件的问题。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
long *p = malloc(sizeof(long));
*p = 1234567L;
printf("%ld\n", *p);
free(p);
return 0;
}不要释放两次
对同一个指针调用两次free属于未定义行为，并可能破坏堆。
释放后将指针设置为NULL，可以让意外的再次使用变得无害。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int *p = malloc(sizeof(int));
*p = 1;
free(p);
p = NULL;
free(p);
printf("no double free\n");
return 0;
}快速检查
请测试您对 malloc 和 free 的理解。
回顾
您学习了堆分配的基础知识：
malloc(size)会保留未初始化的字节，失败时返回NULL。- 始终检查结果，并使用
sizeof计算大小。 free(p)会返还内存；每次 malloc 都需要对应一次 free。free(NULL)是安全的；重复释放属于未定义行为。
常见问题解答
「malloc 与 free」课时是免费的吗？
是的 — 「malloc 与 free」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。
「malloc 与 free」这节课中我会学到什么？
在堆上分配内存 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。
「malloc 与 free」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。
此课程中的所有课时
- malloc 与 free
- calloc 与 realloc
- 内存泄漏
- 悬空指针