C語言動態內存分配：malloc 完全指南與避坑指南

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malloc 基礎原型

void *malloc(size_t size);

向堆申請 size 字節內存，成功返回起始地址，失敗返回 NULL。
返回類型 void*，可隱式/顯式轉換為任意指針類型。

標準使用模式

Type *ptr = (Type *)malloc(sizeof(Type));      // 單個對象
Type *arr = (Type *)malloc(n * sizeof(Type));  // 數組

關鍵三要素：sizeof(Type) 計算大小、強制轉換類型、檢查返回值。

完整示例

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

struct Student {
    char name[20];
    int age;
};

int main() {
    // 1. 基本類型
    int *pi = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (!pi) return -1;
    *pi = 42;
    free(pi);

    // 2. 結構體
    struct Student *ps = (struct Student *)malloc(sizeof(struct Student));
    if (!ps) return -1;
    snprintf(ps->name, sizeof(ps->name), "Tom");
    ps->age = 20;
    free(ps);

    // 3. 動態數組（鏈表節點典型用法）
    int n = 10;
    int *arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    if (!arr) return -1;
    for (int i = 0; i < n; ++i) arr[i] = i * i;
    free(arr);
    return 0;
}

malloc vs new (C++)

特性	malloc	new
返回類型	`void*` 需轉換	精確類型指針
大小計算	手動 `sizeof`	自動
構造/析構	不調用	自動調用
失敗處理	返回 `NULL`	拋出 `bad_alloc`
重新分配	`realloc`	無直接對應

核心注意事項（必讀）

永遠檢查返回值：if (!ptr) { perror("malloc"); exit(1); }
用完即 free：防止內存洩漏；free(NULL) 安全無害。
避免重複釋放：釋放後置 NULL：free(p); p = NULL;
不越界訪問：寫入範圍限於申請大小內。
釋放後不再使用：懸空指針導致未定義行為。
結構體含指針成員時：需先釋放成員指向內存，再釋放結構體本身。

常見錯誤與修正

// 錯誤：未檢查返回值
int *p = (int*)malloc(100 * sizeof(int));
p[50] = 10;

// 正確
int *p = (int*)malloc(100 * sizeof(int));
if (!p) { /* 處理錯誤 */ }
p[50] = 10;
// ...
free(p); p = NULL;