C/C++教學

C/C++ malloc 用法與範例

本篇 ShengYu 介紹 C/C++ malloc 用法與範例，malloc 是用來配置一段記憶體區塊的函式，以下介紹如何使用 malloc 函式。

C/C++ 可以使用 malloc 來配置一段記憶體區塊，要使用 malloc 的話需要引入的標頭檔 <stdlib.h>，如果要使用 C++ 的標頭檔則是引入 <cstdlib>，
malloc 函式原型為

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void* malloc(size_t size);

malloc() 配置 size bytes 的記憶體區塊，會回傳一個指向該記憶體開頭的指標，這些記憶體的內容是尚未被初始化的，也就是說裡面目前存放的數值是未知的，如果配置失敗的話會回傳 null pointer (NULL)，配置成功的話會回傳 void * 指標，void * 指標能被轉成任何一種類型的指標，來看看下面的 malloc 用法範例吧！

使用 malloc 配置 20 bytes 記憶體大小的區塊，回傳的 ptr 檢查一下是不是 NULL，之後使用 strcpy() 複製字串到 ptr 裡並印出來，使用完 ptr 後別忘記了要使用 free() 歸還記憶體區塊。

cpp-malloc.cpp
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// g++ cpp-malloc.cpp -o a.out
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main() {
    char * ptr;
    ptr = (char *) malloc(sizeof(char) * 20);

    if (ptr == NULL) {
        printf("malloc failed\n");
        exit(1);
    }

    strcpy(ptr, "Hello World");
    printf("%s\n", ptr);
    free(ptr);
    return 0;
}

結果如下，

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Hello World

malloc int 一維陣列

這邊示範動態記憶體配置一個 int 一維陣列的寫法，

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int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * 3);
...
free(p);

如果要分成兩行寫的話，

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int *p;
p = (int *) malloc(sizeof(int) * 3);
...
free(p);

再來看看怎麼配置一維陣列後，再給初始值，

cpp-malloc2.cpp
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// g++ cpp-malloc2.cpp -o a.out
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * 3);
    p[0] = 1;
    p[1] = 2;
    p[2] = 3;

    printf("%d,%d,%d\n", p[0], p[1], p[2]);
    
    free(p);
    return 0;
}

輸出如下，

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1,2,3

malloc int 二維陣列

動態配置二維陣列這個通常會在影像處理中使用到這個技巧，假設我們要配置 3 * 4 大小的 int 二維陣列，注意在使用完該變數後還是要將其變數 free 歸還記憶體，二維陣列怎麼 malloc 的，free 時就怎麼 free。

cpp-malloc3.cpp
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// g++ cpp-malloc3.cpp -o a.out
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int **p = (int **) malloc(sizeof(int *) * 3);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        p[i] = (int *) malloc(sizeof(int) * 4);
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            p[i][j] = 0;
        }
    }

    p[0][1] = 1;
    p[1][1] = 2;
    p[2][1] = 3;
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            printf("%d ", p[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        free(p[i]);
    }
    free(p);
    return 0;
}

二維陣列輸出結果如下，

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0 1 0 0 
0 2 0 0 
0 3 0 0

如果要在記憶體分配的同時初始化成 0 的話可以改用 calloc，就不用像上面用 malloc 完後一一去初始化，這也是 malloc 與 calloc 的差異，
malloc 分配記憶體時是不初始化的，calloc 分配記憶體的同時也初始化成 0，

cpp-malloc4.cpp
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// g++ cpp-malloc4.cpp -o a.out
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int **p = (int **) malloc(sizeof(int *) * 3);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        p[i] = (int *) calloc(4, sizeof(int));
    }

    p[0][1] = 1;
    p[1][1] = 2;
    p[2][1] = 3;
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            printf("%d ", p[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        free(p[i]);
    }
    free(p);
    return 0;
}

以上就是 C/C++ malloc 的用法與範例介紹，
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其它參考
malloc - C++ Reference
https://www.cplusplus.com/reference/cstdlib/malloc/

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