4. realloc 的伸缩术

内存分配这事儿，说白了就是跟操作系统讨空间。malloc 是第一次伸手，calloc 是伸手还要清零，而 realloc 呢？它是「调整」—— 你之前要了 100 字节，现在发现不够了，想扩到 200 字节。或者反过来，要多了，想缩回来。

我个人习惯把 realloc 叫作「内存界的伸缩术」。用好了，代码优雅高效；用不好，内存泄漏、野指针、段错误，一个都跑不掉。

4.1 函数原型：realloc 长什么样？

#include <stdlib.h>

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

参数就两个：

• ptr —— 之前用 malloc、calloc 或 realloc 返回的指针。如果传 NULL，效果等同于 malloc(new_size)。
• new_size —— 新的大小，单位字节。

返回值：成功返回新内存的起始地址，失败返回 NULL，原来的内存块保持不变。

4.2 调整内存大小：realloc 到底怎么「伸缩」？

我画了一张图，帮你理解 realloc 的内部逻辑：

你看，realloc 其实是个「聪明」的函数。它先看看能不能原地扩展 —— 如果当前内存块后面还有空闲空间，就直接往后长，指针不变。如果后面被人占了，那就另找一块更大的地方，把旧数据搬过去，再释放旧块。

4.3 注意事项与陷阱

嗯，这里要重点说。realloc 的坑，我踩过不止一次。

陷阱一：直接用返回值覆盖原指针

// ❌ 错误写法
int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
p = (int *)realloc(p, 20 * sizeof(int));  // 如果 realloc 失败，p 变成 NULL，原内存泄漏！

我曾经在线上代码里犯过这个错。realloc 返回 NULL 时，原来的内存块其实还在。但你直接把 NULL 赋给了 p，原内存的地址就丢了 —— 内存泄漏。

// ✅ 正确写法
int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
int *new_p = (int *)realloc(p, 20 * sizeof(int));
if (new_p == NULL) {
    // 处理失败，p 仍然有效
    free(p);
    return -1;
}
p = new_p;  // 确认成功后再赋值

陷阱二：new_size 为 0 的行为

标准规定，如果 new_size 为 0，realloc 的行为是实现定义的。在大多数实现中，它相当于 free(ptr) 并返回 NULL。但有些实现可能返回一个不可解引用的非 NULL 指针。

陷阱三：realloc 后的指针失效

realloc 之后，原来的指针就「悬空」了。如果你有其他变量保存了旧地址，它们就成了野指针。

int *p = malloc(10 * sizeof(int));
int *alias = p;  // alias 也指向同一块内存

p = realloc(p, 20 * sizeof(int));  // p 可能变了
// alias 现在可能是野指针！
// 不要再用 alias 访问数据

陷阱四：缩小内存时的数据截断

realloc 缩小内存时，超出的部分会被丢弃。如果你缩小后还想用旧数据，那就等着出 bug 吧。

int *p = malloc(10 * sizeof(int));
// 填充 p[0]~p[9]
p = realloc(p, 5 * sizeof(int));  // p[5]~p[9] 的数据已经没了
// 此时访问 p[6] 是未定义行为

4.4 实战经验：realloc 在动态数组中的应用

我习惯用 realloc 实现一个简单的动态数组。核心思路就是：容量不够时翻倍增长。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

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

void da_init(DynArray *arr) {
    arr->data = NULL;
    arr->size = 0;
    arr->capacity = 0;
}

int da_push(DynArray *arr, int value) {
    if (arr->size >= arr->capacity) {
        size_t new_cap = arr->capacity == 0 ? 4 : arr->capacity * 2;
        int *new_data = (int *)realloc(arr->data, new_cap * sizeof(int));
        if (new_data == NULL) {
            return -1;  // 扩容失败
        }
        arr->data = new_data;
        arr->capacity = new_cap;
    }
    arr->data[arr->size++] = value;
    return 0;
}

void da_free(DynArray *arr) {
    free(arr->data);
    arr->data = NULL;
    arr->size = 0;
    arr->capacity = 0;
}

你看，这里每次扩容都用了临时指针 new_data，就是为了避免陷阱一。这个模式我用了很多年，从来没出过问题。

4.5 总结一下 realloc 的核心要点

场景	行为	注意事项
扩大内存，后面有空间	原地扩展，返回原指针	数据自动保留
扩大内存，后面没空间	新分配 + 拷贝 + 释放旧块	原指针失效，用临时变量接收返回值
缩小内存	原地截断或搬移	超出新大小的数据丢失
ptr 为 NULL	等价于 malloc(new_size)	可以简化代码，但可读性略差
new_size 为 0	实现定义，通常等价于 free	别这么用，老老实实 free()

realloc 是个好工具，但用的时候多留个心眼。记住三点：用临时变量接返回值、别假设指针不变、缩小内存时数据会丢。做到这三点，realloc 就是你手中的一把利器。

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