编辑“︁C 语言 realloc 函数”︁

{{Note|本条目将详细讲解C语言中动态内存管理的重要函数'''realloc'''，适合初学者和需要巩固该知识点的开发者。}}

= realloc函数概述 =
'''realloc'''（全称re-allocation）是C标准库(<stdlib.h>)中用于'''动态调整已分配内存块大小'''的函数。它解决了以下核心问题：
* 当程序运行时发现原先分配的内存不足时，无需手动创建新内存块并复制数据
* 当分配的内存过大时，可以缩小内存块以减少内存占用

== 函数原型 ==
<syntaxhighlight lang="c">
void *realloc(void *ptr, size_t size);
</syntaxhighlight>

* '''ptr'''：指向先前由malloc/calloc/realloc分配的内存块的指针
* '''size'''：内存块的新大小（字节数）
* '''返回值'''：指向重新分配内存块的指针（可能与ptr不同）

= 工作原理 =
<mermaid>
graph TD
    A[原内存指针ptr] --> B{size变化?}
    B -->|增大| C[尝试原地扩展]
    C --> D{连续空间足够?}
    D -->|是| E[直接扩展]
    D -->|否| F[分配新内存并迁移数据]
    B -->|缩小| G[可能释放尾部内存]
    B -->|size=0| H[等价于free]
</mermaid>

关键行为说明：
1. '''原地扩展'''：当原内存块'''后续的地址空间未被占用'''时，直接扩大分配
2. '''迁移扩展'''：当无法原地扩展时，自动完成：
   * 分配新内存块
   * 复制原数据（仅复制到min(旧大小,新大小)）
   * 释放原内存块
3. '''缩小内存'''：可能释放多余内存，但实现依赖具体编译器

= 使用示例 =

== 基础示例 ==
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 初始分配10个int的空间
    int *arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    
    // 检查分配是否成功
    if(arr == NULL) {
        printf("内存分配失败！\n");
        return 1;
    }

    // 使用内存（示例填充数据）
    for(int i=0; i<10; i++) arr[i] = i;

    // 需要更多空间，扩展到20个int
    int *new_arr = (int*)realloc(arr, 20 * sizeof(int));
    
    if(new_arr == NULL) {
        printf("内存重新分配失败！\n");
        free(arr);  // 原始指针仍需释放
        return 1;
    }
    
    arr = new_arr;  // 更新指针

    // 使用新增的空间
    for(int i=10; i<20; i++) arr[i] = i;

    // 打印结果（部分示例）
    printf("扩展后数组[15]: %d\n", arr[15]);

    free(arr);  // 最终释放
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例'''：
<pre>
扩展后数组[15]: 15
</pre>

== 错误处理模式 ==
正确使用realloc应遵循以下模式：
<syntaxhighlight lang="c">
void *tmp = realloc(ptr, new_size);
if (tmp == NULL) {
    // 处理错误，原ptr仍然有效
    // 可能需要执行清理操作
} else {
    ptr = tmp;  // 只有成功时才覆盖原指针
}
</syntaxhighlight>

= 进阶注意事项 =

== 性能考量 ==
realloc可能触发内存复制操作，时间复杂度为O(n)。对于大型内存块：
* 频繁调整大小会导致性能下降
* 推荐策略：采用'''指数级增长'''（如每次扩大为原大小的1.5-2倍）

数学表达式：
<math>
new\_size = \lfloor old\_size \times \alpha \rfloor \quad (\alpha \in [1.5,2.0])
</math>

== 特殊边界情况 ==
{| class="wikitable"
! 情况 !! 行为 !! 等效操作
|-
| ptr为NULL || 等同于malloc(size) || malloc(size)
|-
| size为0 || 释放内存块 || free(ptr)
|-
| ptr未指向动态内存 || 未定义行为 || -
|}

= 实际应用案例 =

== 动态数组实现 ==
以下展示如何用realloc实现动态数组的自动扩容：
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct {
    int *data;
    size_t size;
    size_t capacity;
} DynamicArray;

void push_back(DynamicArray *da, int value) {
    if (da->size >= da->capacity) {
        // 容量不足时扩容（初始容量为1的情况）
        size_t new_capacity = da->capacity == 0 ? 1 : da->capacity * 2;
        int *new_data = realloc(da->data, new_capacity * sizeof(int));
        
        if (!new_data) {
            printf("扩容失败！\n");
            return;
        }
        
        da->data = new_data;
        da->capacity = new_capacity;
    }
    
    da->data[da->size++] = value;
}
</syntaxhighlight>

== 内存池优化 ==
在游戏开发等性能敏感场景中，可采用「预分配+realloc」策略：
1. 初始化时分配预估内存
2. 运行时根据实际需求精细调整
3. 避免频繁调用malloc/free

= 常见问题 =

{{Warning|1=错误示例：直接覆盖原指针}}
<syntaxhighlight lang="c">
ptr = realloc(ptr, new_size);  // 若失败会导致内存泄漏
</syntaxhighlight>

{{Warning|1=错误示例：忽略返回值检查}}
<syntaxhighlight lang="c">
realloc(ptr, new_size);  // 未处理可能失败的情况
</syntaxhighlight>

== 最佳实践总结 ==
* 总是检查返回值
* 使用临时指针接收结果
* 考虑内存对齐的影响（某些系统对realloc有特殊对齐要求）
* 对于多线程环境，需要同步机制保护realloc操作

= 扩展阅读 =
* 内存碎片化与realloc的关系
* 对比C++的vector.resize()实现
* 各标准库实现差异（glibc vs musl等）

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