C語言動態內存管理精講：malloc/calloc/realloc/free 完全指南

編輯：關於C語言

內存區域速覽

區域	特點	典型內容
棧	自動管理，函數調用分配/釋放，速度快，空間小	局部變量、函數參數、返回地址
堆	手動管理，malloc/free，空間大，易產生碎片	動態分配內存
靜態/全局區	程序啟動分配，結束釋放	全局變量、static 變量、字面量

四大核心函數原型與用法

1. `malloc(size_t size)` — 原始分配

void *malloc(size_t size);  // 返回 void*，需強轉
int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
if (!p) { /* 處理失敗 */ }

不初始化內存（垃圾值）。
失敗返回 NULL，必須檢查。

2. `calloc(size_t nmemb, size_t size)` — 零初始化分配

void *calloc(size_t nmemb, size_t size);  // 分配 nmemb * size 字節並清零
int *arr = (int *)calloc(100, sizeof(int));  // 等價 malloc(400) + memset(0)

自動清零，適合數組/結構體初始化。
內部可能優化（如映射零頁），比 malloc+memset 更快。

3. `free(void *ptr)` — 釋放

free(p);
p = NULL;  // 防止野指針，雙重釋放

只能釋放 malloc/calloc/realloc 返回的地址。
釋放後指針不自動置 NULL，手動置 NULL 是良習。
釋放 NULL 安全無操作。

4. `realloc(void *ptr, size_t size)` — 調整大小

void *realloc(void *ptr, size_t size);

若擴容：嘗試原地擴展，否則分配新塊、拷貝、釋放舊塊。
陷阱：p = realloc(p, new_size); 若失敗返回 NULL，原 p 丟失 → 內存洩漏！

正確模式：

void *tmp = realloc(p, new_size);
if (!tmp) { /* 錯誤處理，p 仍有效 */ }
else p = tmp;

typedef 輔助類型定義（提升可移植性）

typedef unsigned char  uint8_t;
typedef unsigned short uint16_t;
typedef unsigned int   uint32_t;
typedef unsigned long long uint64_t;
// 推薦直接 #include  使用標準類型

位域：節省空間的利器

struct flags {
    unsigned int a : 1;  // 1 bit
    unsigned int   : 2;  // 2 bit 填充/保留
    unsigned int b : 3;
    unsigned int c : 2;
};  // 共 8 bits = 1 字節