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动态内存管理 ​

动态内存管理让对象的创建时机不再受限于代码块作用域。它是构建容器、缓存和运行期可变数据结构的基础能力，同时也是 C 程序最常见的错误来源之一。

1. 四个核心接口 ​

malloc 申请一段未初始化存储，calloc 申请并清零，realloc 调整已分配存储大小，free 释放已分配存储。它们都定义在 <stdlib.h> 中，返回值与失败语义必须显式检查。

c
#include <stdlib.h>

int *buf = malloc(16 * sizeof *buf);
if (buf == NULL) {
    return;
}

free(buf);
buf = NULL;

运行结果：该代码块主要用于语法或结构说明，单独运行通常无终端输出。

把指针置为 NULL 不是语义必须，但它可以减少重复释放和悬垂访问风险。

2. realloc 的安全模式 ​

realloc 失败时会返回 NULL，同时原指针仍然有效。因此不能直接覆盖原指针，应该先用临时指针接收结果。

c
#include <stdlib.h>

int *grow(int *old_buf, size_t new_count) {
    int *new_buf = realloc(old_buf, new_count * sizeof *new_buf);
    if (new_buf == NULL) {
        return old_buf;
    }
    return new_buf;
}

运行结果：该代码块主要用于语法或结构说明，单独运行通常无终端输出。

这种写法可以确保失败时不丢失原有存储地址。

3. 常见错误与规避 ​

最常见问题包括：忘记释放导致泄漏，释放后继续访问导致悬垂引用，重复释放导致运行时崩溃，越界写入破坏堆元数据。规避思路很直接：统一所有权、固定释放路径、在接口层写清责任边界，并使用工具链做持续检测（如 ASan、Valgrind）。

4. 工程建议 ​

把“申请成功检查”和“失败回滚路径”当成模板代码，而不是临场补丁。动态内存本质是资源管理问题，不是语法问题；资源模型一旦清楚，代码复杂度会明显下降。

5. 大小计算溢出检查 ​

申请数组对象时，除了检查返回值，还应先检查“元素个数 × 元素大小”是否溢出。若乘法先溢出再传给 malloc，得到的存储大小会小于预期，后续写入极易越界。

c
#include <stddef.h>
#include <stdlib.h>

int *alloc_n(size_t n) {
    if (n > SIZE_MAX / sizeof(int)) {
        return NULL;
    }
    return malloc(n * sizeof(int));
}

运行结果：该代码块主要用于语法或结构说明，单独运行通常无终端输出。

6. 所有权边界 ​

动态存储最容易出错的点是“谁负责释放”。接口文档里若能明确“创建方释放”还是“调用方释放”，调用链会清楚很多，也更容易避免悬垂引用和重复释放。