7.6 动态内存：malloc 与 free

内存分区与为什么需要堆

程序运行时的内存大致分成几块：代码区（指令）、数据区（全局/静态变量）、栈区（stack，存放局部变量，由编译器自动分配和释放）、堆区（heap，由程序员手动分配和释放）。

栈上的局部数组在函数返回后就被释放了，所以不能把它的地址返回给调用者。另外，数组一旦声明，容量就固定了。当数组大小要在运行时才决定，或数据需要在函数返回后继续存在时，就需要在堆上动态申请内存。

malloc 与 free

malloc(size) 在堆上申请 size 个字节，返回指向这块内存的指针，失败时返回 NULL。它返回的是无类型指针 void *，需要自己转换成对应类型。用完要用 free() 归还，否则会造成内存泄漏（memory leak）。

int *arr = (int *) malloc(n * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
    return 1;            // 申请失败
}

// ... 使用 arr ...

free(arr);               // 用完释放

calloc 与 realloc

calloc(n, size) 申请 n 个 size 字节的空间，并把它们全部初始化为 0；malloc 不会初始化。

int *arr = (int *) calloc(n, sizeof(int));   // 全部为 0

realloc(ptr, size) 用于给已申请的内存重新调整大小（扩容或缩小），它会把原有数据复制到新内存，并返回新指针，失败时返回 NULL。

int *next = realloc(arr, new_size * sizeof(int));
if (next == NULL) {
    free(arr);
    return 1;
}
arr = next;

下面的函数在堆上生成斐波那契数列并返回，由调用者在用完后负责 free：

int *generate_fibonacci(int n) {
    int *arr = (int *) malloc(n * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        return NULL;
    }
    arr[0] = 1;
    arr[1] = 1;
    for (int i = 2; i < n; i++) {
        arr[i] = arr[i - 1] + arr[i - 2];
    }
    return arr;
}

使用动态内存时要格外谨慎：检查 NULL、避免越界、避免重复释放、free 之后不要再使用旧指针。