C语言动态数组实现（从零开始掌握动态内存分配与数组扩容）

设计思路

我们将封装一个简单的动态数组结构体，包含以下成员：

• data：指向实际存储数据的指针；
• size：当前已存储元素个数；
• capacity：当前分配的总容量。

当添加新元素但空间不足时，我们会将容量翻倍（或其他策略），并使用 realloc 重新分配内存。

完整代码实现

下面是一个完整的、可运行的 C 语言动态数组实现：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>typedef struct {    int* data;    int size;    int capacity;} DynamicArray;DynamicArray* create_array(int initial_capacity) {    DynamicArray* arr = (DynamicArray*)malloc(sizeof(DynamicArray));    if (!arr) {        fprintf(stderr, "内存分配失败！\n");        return NULL;    }    arr->data = (int*)malloc(initial_capacity * sizeof(int));    if (!arr->data) {        free(arr);        fprintf(stderr, "数据内存分配失败！\n");        return NULL;    }    arr->size = 0;    arr->capacity = initial_capacity;    return arr;}void push_back(DynamicArray* arr, int value) {    if (arr->size >= arr->capacity) {        arr->capacity *= 2;  // 扩容为原来的两倍        arr->data = (int*)realloc(arr->data, arr->capacity * sizeof(int));        if (!arr->data) {            fprintf(stderr, "扩容失败！\n");            exit(1);        }    }    arr->data[arr->size++] = value;}void print_array(DynamicArray* arr) {    printf("[");    for (int i = 0; i < arr->size; i++) {        printf("%d", arr->data[i]);        if (i < arr->size - 1) printf(", ");    }    printf("]\n");}void free_array(DynamicArray* arr) {    free(arr->data);    free(arr);}int main() {    DynamicArray* arr = create_array(2);    for (int i = 1; i <= 10; i++) {        push_back(arr, i);    }    printf("当前数组内容: ");    print_array(arr);    printf("容量: %d, 大小: %d\n", arr->capacity, arr->size);    free_array(arr);    return 0;}

代码说明

• create_array：初始化动态数组，分配初始内存；
• push_back：向数组末尾添加元素，若空间不足则扩容；
• print_array：打印当前数组内容；
• free_array：释放所有动态分配的内存，防止内存泄漏。

运行该程序，你会看到输出：

当前数组内容: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]容量: 16, 大小: 10

可以看到，虽然我们只添加了 10 个元素，但容量自动从 2 → 4 → 8 → 16 扩展，体现了 数组扩容 的能力。

注意事项

• 每次调用 malloc 或 realloc 后务必检查返回值是否为 NULL；
• 使用完毕后必须调用 free 释放内存，否则会造成内存泄漏；
• 本例仅支持 int 类型，可通过 void* 和宏实现泛型（进阶内容）。

总结

通过本教程，你已经掌握了如何用 C 语言实现一个基本的动态数组。这不仅是理解 C语言动态数组 和 动态内存分配 的关键一步，也为后续学习更复杂的数据结构（如链表、栈、队列）打下基础。希望这篇 C语言教程 能帮助你轻松入门！

提示：动手修改代码，尝试添加删除元素、插入元素等功能，加深理解。