第17章 指针的高级用法

英文原版：P413

本章主要内容：

• 17.1节介绍动态内存分配的基础知识；
• 17.2节介绍如何动态分配字符串，这要比普通的字符数组更灵活；
• 17.3节如何动态分配数组；
• 17.4节介绍当动态分配的内存块不再使用时，如何释放该内存块；
• 17.5节重点讨论链表，这是最基础的链式数据结构；
• 17.6节介绍指向指针的指针的概念；
• 17.7节介绍指向函数的指针，这是一个非常有用的概念，比如C语言中的一些功能强大的库函数都使用函数指针作为参数，比如给任意数组排序的库函数qsort；
• 17.8节介绍受限指针特征；
• 17.9节介绍灵活的数组成员特征；

17.1节 动态存储分配

C语言的数据结构通常都是大小的固定的，比如当程序被编译后，一个数组的元素个数就是固定的。

• 由于在编写程序时需要选择这些数据结构的大小，所以固定大小的数据结构可能会出现问题；
• 如果不修改程序且重新编译程序的话，就不可能改变这些数据结构的大小。

考虑在16.3节中的inventory程序，允许用户向数据库中添加零件。数据库是用大小为100的数组存储的。为了增大数据库的容量，我们可以增加数组的大小，重新编译该程序。但是，无论我们使数组变得有多大，总是有可能出现数组被填满。

幸运的是，C语言支持动态存储分配，即在程序执行时分配内存。

使用动态存储分配，我们可以设计按需增长和缩小的数据结构。

虽然动态存储分配可用于所有数据类型，但是动态存储分配被常用于字符串、数组、结构体等。

由于可将动态分配结构体链接起来形成链表、树及其他数据结构，所以我们重点关注动态分配结构体。

17.1.1小节 内存分配函数

为了动态分配存储，我们需要调用在<stdlib.h>中声明的三个内存分配函数之一：

• malloc：分配一个内存块，但不初始化该内存块；
• calloc：分配一个内存块，并清空该内存块；
• realloc：重新定义之前已分配的内存块的大小；

注：

• malloc函数是最经常使用的；
• malloc函数比calloc函数更有效率；
• 3个内存分配函数的返回值是void *类型；

当我们调用某个内存分配函数来请求一块内存时，该函数是不知道我们计划在该内存块里存储的数据类型的，所以内存分配函数不能返回一个指向普通数据类型(比如int或者char)的指针，而是返回一个void *类型的值。

void *类型

• void *类型的值是一个泛型指针，本质上是一个内存地址；

17.1.2小节 空指针

当调用内存分配函数时，经常有一种可能：该函数不能分配一块足够大的内存来满足我们的请求。
如果这种情形发生了，则该函数返回一个空指针。

• 空指针是一个指针，该指针不指向任何对象；
• 空指针是一个特殊的值，用于区分有效指针和无效指针；

编程提示：

• 只要函数的返回值是一个指针变量，则需要检查该返回值是否是空指针；
• 测试内存分配函数的返回值，及如果该返回值是空指针，该采取什么样的措施，都是程序员的职责；
• 尝试通过一个空指针去访问内存的效果是未定义的：程序可能崩溃或者出现不符合预期的行为；

空指针是用宏NULL来表示的，定义在6个头文件里：<locale.h>、<stddef.h>、<stdio.h>、<stdlib.h>、<time.h>。

程序中只要包含任何一个头文件，就能保证编译器可识别NULL。
任何使用内存分配函数的程序都会包含头文件<stdlib.h>，当然会使NULL可用的。

• 任何非空指针的测试都为true；
• 只有空指针的测试为false；

例1 测试malloc的返回值是否为NULL

p = malloc(10000);
if (p == NULL) {
  /* 分配失败；应采取的措施*/
}