realloc函数概述[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

void *realloc(void *ptr, size_t size);

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[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

基础示例[编辑 | 编辑源代码]

#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;
}

输出示例：

扩展后数组[15]: 15

错误处理模式[编辑 | 编辑源代码]

正确使用realloc应遵循以下模式：

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
}

进阶注意事项[编辑 | 编辑源代码]

性能考量[编辑 | 编辑源代码]

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： $n e w_s i z e = ⌊ o l d_s i z e \times α ⌋ (α \in [1.5, 2.0])$

特殊边界情况[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

动态数组实现[编辑 | 编辑源代码]

以下展示如何用realloc实现动态数组的自动扩容：

#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;
}

内存池优化[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

页面模块:Message box/ambox.css没有内容。

ptr = realloc(ptr, new_size);  // 若失败会导致内存泄漏

页面模块:Message box/ambox.css没有内容。

realloc(ptr, new_size);  // 未处理可能失败的情况

最佳实践总结[编辑 | 编辑源代码]

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[编辑 | 编辑源代码]

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）