C語言動態內存管理與鏈表基礎（三）：malloc/free、鏈表節點設計

為什麼需要動態內存

數組長度編譯期固定，無法應對運行時才知道大小的場景（如學生人數不定）。動態內存管理函數在堆區按需分配/釋放內存，實現動態數據結構（鏈表、樹、圖）。

三大核心函數

使用模式

// malloc
struct Student *p = (struct Student*)malloc(sizeof(struct Student));
if (!p) { perror("malloc"); exit(1); }
p->num = 101; ...

// calloc：分配數組並清零
struct Student *arr = (struct Student*)calloc(10, sizeof(struct Student));

// free：用完必須釋放
free(p);
p = NULL;  // 防野指針

鏈表節點設計

每個節點 = 數據域 + 指針域。

struct Node {
    int num;           // 數據域：學號
    int age;           // 數據域：年齡
    struct Node *next; // 指針域：指向下一節點
};

• next 指向同類型節點，形成遞歸結構。
• 頭指針 head 指向首節點；末節點 next = NULL。
• 可選頭節點（不存數據，僅存首節點地址），簡化邊界處理。

鏈表基本操作概覽

1. 創建：循環 malloc 節點，串聯 next。
2. 遍歷/查找：p = head; while(p) { ... p = p->next; }。
3. 插入：修改前驅 next 指向新節點，新節點 next 指向後繼。
4. 刪除：修改前驅 next 跳過目標節點，free 目標節點。

創建鏈表函數 create

#define NULL 0
#define TYPE struct Node
#define LEN sizeof(struct Node)

struct Node {
    int num, age;
    struct Node *next;
};

TYPE *create(int n) {
    TYPE *head = NULL, *pf = NULL, *pb = NULL;
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        pb = (TYPE*)malloc(LEN);
        printf("輸入學號 年齡: ");
        scanf("%d%d", &pb->num, &pb->age);

        if (i == 0) {
            pf = head = pb;  // 首節點
        } else {
            pf->next = pb;   // 串聯
        }
        pb->next = NULL;
        pf = pb;             // pf 移至尾部
    }
    return head;
}

• pf (previous front) 始終指向已建鏈表的尾節點。
• pb (previous back) 指向新分配節點。
• 宏 TYPE/LEN 簡化代碼，非必需。

動態內存避坑指南

總結

• malloc/calloc 分配堆內存，free 釋放，三者配對使用。
• 鏈表節點 = 數據域 + 指針域 (next)，動態分配實現靈活增刪。
• 創建鏈表核心：pf->next = pb; pf = pb; 尾插法。
• 動態內存管理是 C 程序員核心基本功，誰分配誰釋放，所有權清晰。