C 語言存儲類別與動態內存分配完全指南

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一、存儲類別與內存佈局

核心概念表

術語	解釋	示例
作用域	標識符可訪問的程序區域	塊、函數、函數原型、文件
鏈接	變量跨文件可見性	外部、內部、無
存儲期	對象生命週期	靜態、線程、自動、動態分配
翻譯單元	編譯單元：源文件+頭文件	—.

作用域與鏈接詳解

塊作用域：{ } 內，C99 允許循環語句形成塊。無鏈接。
函數作用域：僅用於 goto 標簽。無鏈接。
函數原型作用域：形參名僅在原型中可見。無鏈接。變長數組聲明需在原型中指定維度。
文件作用域：函數外定義，至文件末尾可見。具內部/外部鏈接。
外部鏈接：全程序可見。定義處無關鍵字，引用處用 extern。
內部鏈接：僅本翻譯單元可見。static 修飾文件級變量。
無鏈接：塊內變量、函數參數等。

存儲期分類

靜態存儲期：程序啟動到結束。全局/靜態變量。
線程存儲期：線程生命週期（C11）。
自動存儲期：塊執行期間。局部非靜態變量。
動態分配存儲期：程序員手動管理（malloc/free）。

存儲類別總結表

存儲類別	存儲期	作用域	鏈接	聲明方式
自動	自動	塊	無	塊內
靜態外部鏈接	靜態	文件	外部	函數外，引用需 extern
靜態內部鏈接	靜態	文件	內部	函數外，static
靜態無鏈接	靜態	塊	無	塊內，static

內存佈局：靜態區（含常量）、棧區（自動）、堆區（動態）。

二、動態內存分配：malloc() / free()

基本用法

int *ptr, n = 10;
ptr = (int *)malloc((size_t)n * sizeof(int));
if (ptr == NULL) exit(EXIT_FAILURE);  // 必須檢查

// 使用 ptr ...

free(ptr);  // 及時釋放，防內存洩漏

或合寫：if (!(ptr = malloc(...))) exit(EXIT_FAILURE);

注意：若指針丟失未 free，造成內存洩漏，嚴重時耗盡系統內存導致崩潰。

三、動態數組排序實例

實例代碼圖示

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

int main() {
    int *ptr, size, i, j, key;
    printf("請輸入動態數組大小：");
    while (!(scanf("%d", &size)) || size < 0) { /* 重輸 */ }

    if (!(ptr = malloc((size_t)size * sizeof(int)))) { /* 失敗退出 */ }

    printf("請依次輸入元素：\n");
    for (i = 0; i < size; i++) scanf("%d", &ptr[i]);

    /* 插入排序 */
    for (i = 1; i < size; i++) {
        key = ptr[i]; j = i - 1;
        while (j >= 0 && ptr[j] > key) { ptr[j+1] = ptr[j]; j--; }
        ptr[j+1] = key;
    }

    printf("排序後：");
    for (i = 0; i < size; i++) printf("%d ", ptr[i]);
    free(ptr); _getch(); return 0;
}

運行結果