调整大小与重新分配内存
理解数组大小调整
动态数组大小调整是 C 语言中一项关键技术，用于在运行时高效管理内存。realloc() 函数提供了一种强大的机制来动态修改内存块的大小。
realloc 函数原型
void* realloc(void* ptr, size_t new_size);
realloc 内存分配策略
graph TD
A[原始内存块]
B[调整大小请求]
C{是否有足够的连续空间？}
D[分配新块]
E[复制现有数据]
F[释放原始块]
A --> B
B --> C
C -->|是| E
C -->|否| D
D --> E
E --> F
realloc 使用模式
基本大小调整
int *numbers = malloc(5 * sizeof(int));
int *resized_numbers = realloc(numbers, 10 * sizeof(int));
if (resized_numbers == NULL) {
// 处理分配失败
free(numbers);
exit(1);
}
numbers = resized_numbers;
realloc 安全技术
| 技术 |
描述 |
示例 |
| 空指针检查 |
验证分配是否成功 |
if (ptr == NULL) |
| 临时指针 |
保留原始指针 |
void* temp = realloc(ptr, size) |
| 大小验证 |
检查有意义的大小调整 |
if (new_size > 0) |
动态数组实现
typedef struct {
int *data;
size_t size;
size_t capacity;
} DynamicArray;
DynamicArray* createDynamicArray(size_t initial_capacity) {
DynamicArray* arr = malloc(sizeof(DynamicArray));
arr->data = malloc(initial_capacity * sizeof(int));
arr->size = 0;
arr->capacity = initial_capacity;
return arr;
}
int resizeDynamicArray(DynamicArray* arr, size_t new_capacity) {
int *temp = realloc(arr->data, new_capacity * sizeof(int));
if (temp == NULL) {
return 0; // 大小调整失败
}
arr->data = temp;
arr->capacity = new_capacity;
if (arr->size > new_capacity) {
arr->size = new_capacity;
}
return 1;
}
常见的 realloc 场景
graph LR
A[扩大数组]
B[缩小数组]
C[保留现有数据]
A --> |增加容量| C
B --> |减少内存| C
错误处理策略
void* safeRealloc(void* ptr, size_t new_size) {
void* new_ptr = realloc(ptr, new_size);
if (new_ptr == NULL) {
// 关键错误处理
fprintf(stderr, "内存重新分配失败\n");
free(ptr);
exit(EXIT_FAILURE);
}
return new_ptr;
}
性能考虑因素
| 操作 |
时间复杂度 |
内存影响 |
| 小幅度调整 |
O(1) |
最小 |
| 大幅度调整 |
O(n) |
显著 |
| 频繁调整 |
开销大 |
内存碎片化 |
完整的大小调整示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *numbers = malloc(5 * sizeof(int));
// 初始填充
for (int i = 0; i < 5; i++) {
numbers[i] = i * 10;
}
// 调整为 10 个元素
int *temp = realloc(numbers, 10 * sizeof(int));
if (temp == NULL) {
free(numbers);
return 1;
}
numbers = temp;
// 添加新元素
for (int i = 5; i < 10; i++) {
numbers[i] = i * 10;
}
// 打印调整后的数组
for (int i = 0; i < 10; i++) {
printf("%d ", numbers[i]);
}
free(numbers);
return 0;
}
最佳实践
- 始终使用临时指针
- 验证大小调整操作
- 处理分配失败
- 尽量减少频繁调整
- 考虑内存开销
结论
掌握 realloc() 函数能够在 C 语言中实现灵活的内存管理，通过谨慎的实现和错误处理实现动态数组大小调整。
