请描述C语言中的动态内存分配，并举例说明其应用场景。
在C语言中，动态内存分配是一种在程序运行时（而不是在编译时）分配内存的机制。这允许程序根据需要分配和释放内存，提高了内存使用的灵活性和效率。C语言标准库中的stdlib.h头文件提供了几个用于动态内存分配的函数，包括malloc()、calloc()、realloc()和free()。
动态内存分配的函数
malloc(size_t size)：分配size字节的内存空间，并返回指向该内存的指针。分配的内存未初始化，可能包含垃圾值。-
calloc(size_t num, size_t size)：分配num个大小为size的连续空间，并返回指向该内存的指针。分配的内存初始化为零。 -
realloc(void *ptr, size_t size)：调整之前调用malloc或calloc分配的内存块的大小。它将内存块的大小改变为size字节，并返回指向这块新内存的指针。如果ptr是NULL，realloc就像malloc一样工作。 -
free(void *ptr)：释放之前通过malloc、calloc或realloc分配的内存块。一旦内存被释放，该指针ptr就不应再被使用。
应用场景
动态内存分配在许多场景中都非常有用，特别是当你无法预先知道需要多少内存或数据集的大小在运行时可能发生变化时。以下是一些典型的应用场景：
- 处理可变大小的数据结构：例如，动态数组、链表、树等数据结构在元素增加或删除时需要调整内存使用。
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读取未知大小的文件：当你需要读取文件内容但文件大小未知时，可以动态分配内存以存储文件数据。
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高效的内存使用：通过只在需要时分配内存，动态内存分配帮助减少了静态分配可能导致的内存浪费。
示例：使用malloc和free
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *arr;
int n = 5; // 假设我们需要一个大小为5的整数数组
// 动态分配内存
arr = (int*)malloc(n * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n");
return 1;
}
// 使用数组
for (int i = 0; i < n; i++) {
arr[i] = i * i;
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
// 释放内存
free(arr);
return 0;
}
在这个示例中，我们使用malloc动态分配了一个整数数组，并使用循环初始化数组。在数组不再需要时，使用free释放了分配的内存。这种方式确保了程序仅仅使用必要的内存，并且能够有效地管理内存资源。