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Ejercicios de Memoria Dinámica

Universidad Nacional de Río Negro

Acerca de

A diferencia de la memoria estática (stack), la memoria dinámica (heap) nos permite solicitar y liberar bloques de memoria en tiempo de ejecución en C11, cuyo tamaño puede no ser conocido al momento de compilar. Estos ejercicios se centran en el uso correcto de malloc, calloc, realloc y free para gestionar el ciclo de vida de arreglos, cadenas y matrices.

Capítulos de Apunte Correspondientes

Prerrequisitos Conceptuales

Antes de resolver esta guía, el estudiante debe dominar:

  1. Memoria Heap frente a memoria Stack: ciclo de vida manual vs automático (Memoria dinámica: propiedad y ciclo de vida).

  2. Funciones de asignación (malloc, calloc, realloc) y verificación de puntero nulo (NULL).

  3. Liberación simétrica y completa con free y anulación de puntero (dangling pointer prevention).

  4. Detección de fugas de memoria (memory leaks) y accesos inválidos (use-after-free).

Cuestiones de Estilo Aplicables


Arreglos Dinámicos

Ejercicio 2.05.01 - Ciclo de Vida de Arreglo Dinámico ⭐⭐☆☆☆


(ej_b2_c05_02)=
### Ejercicio 2.05.02 - Duplicación de Arreglo en Heap ⭐⭐☆☆☆

:::{exercise}
:label: ej_b2_c05_02_duplicar

Implementá una función que cree una copia exacta e independiente en memoria dinámica
de un arreglo recibido.

```c
int *duplicar_arreglo_dinamico(const int *origen, size_t n);
```

**Tabla de Vectores de Prueba:**

| Arreglo Origen | `n` | Copia Retornada | Comportamiento |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| `[10, 20, 30]` | `3` | Puntero a nuevo bloque con `[10, 20, 30]` | Memoria independiente |
| `NULL` o vacío | `0` | `NULL` | Retorno seguro |

::::{solution}
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

int *duplicar_arreglo_dinamico(const int *origen, size_t n) {
    if (origen == NULL || n == 0) {
        return NULL;
    }
    int *copia = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    if (copia == NULL) {
        return NULL;
    }
    for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
        copia[i] = origen[i];
    }
    return copia;
}

int main(void) {
    int orig[] = {10, 20, 30};
    int *clon = duplicar_arreglo_dinamico(orig, 3);
    assert(clon != NULL);
    assert(clon != orig);
    for (size_t i = 0; i < 3; ++i) {
        assert(clon[i] == orig[i]);
    }

    clon[0] = 999;
    assert(orig[0] == 10); /* Verificación de independencia */

    free(clon);
    assert(duplicar_arreglo_dinamico(NULL, 5) == NULL);
    return 0;
}
```

(ej_b2_c05_03)=
### Ejercicio 2.05.03 - Fusión de Arreglos Ordenados en Heap ⭐⭐⭐☆☆

:::{exercise}
:label: ej_b2_c05_03_fusion

Implementá una función que tome dos arreglos ordenados ascendentemente y retorne
un nuevo bloque dinámico conteniendo todos los elementos fusionados en orden.

```c
int *fusionar_arreglos_ordenados(const int *a1, size_t n1, const int *a2, size_t n2);
```

**Tabla de Vectores de Prueba:**

| Arreglo 1 | Arreglo 2 | Resultado Fusionado |
| :--- | :--- | :--- |
| `[1, 5, 9]` | `[2, 4, 8, 10]` | `[1, 2, 4, 5, 8, 9, 10]` |
| `[10, 20]` | `[]` | `[10, 20]` |
| `[]` | `[3, 7]` | `[3, 7]` |

::::{solution}
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

int *fusionar_arreglos_ordenados(const int *a1, size_t n1, const int *a2, size_t n2) {
    size_t total = n1 + n2;
    if (total == 0) {
        return NULL;
    }
    int *res = (int *)malloc(total * sizeof(int));
    if (res == NULL) {
        return NULL;
    }
    size_t i = 0;
    size_t j = 0;
    size_t k = 0;

    while (i < n1 && j < n2) {
        if (a1[i] <= a2[j]) {
            res[k++] = a1[i++];
        } else {
            res[k++] = a2[j++];
        }
    }
    while (i < n1) {
        res[k++] = a1[i++];
    }
    while (j < n2) {
        res[k++] = a2[j++];
    }
    return res;
}

int main(void) {
    int a1[] = {1, 5, 9};
    int a2[] = {2, 4, 8, 10};
    int *fus = fusionar_arreglos_ordenados(a1, 3, a2, 4);
    assert(fus != NULL);
    int esp[] = {1, 2, 4, 5, 8, 9, 10};
    for (size_t idx = 0; idx < 7; ++idx) {
        assert(fus[idx] == esp[idx]);
    }
    free(fus);

    int *fus2 = fusionar_arreglos_ordenados(a1, 3, NULL, 0);
    assert(fus2 != NULL && fus2[0] == 1 && fus2[1] == 5 && fus2[2] == 9);
    free(fus2);

    return 0;
}
```

(ej_b2_c05_04)=
### Ejercicio 2.05.04 - Inserción Dinámica Defensiva con Realloc ⭐⭐⭐☆☆

:::{exercise}
:label: ej_b2_c05_04_insercion_dinamica
:enumerator: memoria-dinamica-4

Implementá una función defensiva que inserte un nuevo elemento en cualquier posición de un arreglo en el heap, redimensionándolo dinámicamente:
```c
bool arreglo_dinamico_insertar(int **arr, size_t *tam, size_t pos, int valor);
```
Debés:
1. Validar que los punteros sean válidos y que `pos <= *tam`.
2. Asignar un nuevo búfer con `realloc` utilizando una variable temporal para no perder la referencia previa en caso de fallo.
3. Desplazar los elementos existentes desde `pos` hacia la derecha utilizando `memmove` (evitando solapamientos no definidos).
4. Escribir `valor` en la posición `pos` e incrementar `*tam`.

**Nivel de Bloom:** Nivel 4 (Análisis).  
**Conceptos requeridos:** Puntero doble `int **`, realocación defensiva sin fugas de memoria, `memmove` para regiones superpuestas.  
**Techo conceptual:** Prohibido reasignar directamente el puntero original con `*arr = realloc(*arr, ...)` sin validar el retorno.

#### Contrato de la Función
- **Firma:** `bool arreglo_dinamico_insertar(int **arr, size_t *tam, size_t pos, int valor);`
- **Precondiciones:** `arr != NULL`, `tam != NULL`, `pos <= *tam`.
- **Postcondiciones:** Retorna `true` y actualiza el arreglo; si falla la asignación o los parámetros son inválidos retorna `false` y preserva la memoria original intacta.

#### Tabla de Vectores de Prueba

| Estado Inicial | Posición / Valor | Retorno | Arreglo Resultante | Justificación Técnica |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| `[10, 30]`, tam=2 | `pos=1, val=20` | `true` | `[10, 20, 30]`, tam=3 | Inserción en posición intermedia |
| `[10, 20]`, tam=2 | `pos=0, val=5` | `true` | `[5, 10, 20]`, tam=3 | Inserción al inicio con desplazamiento completo |
| `[10, 20]`, tam=2 | `pos=2, val=99` | `true` | `[10, 20, 99]`, tam=3 | Inserción al final sin desplazamiento |
| `NULL`, tam=0 | `pos=0, val=42` | `true` | `[42]`, tam=1 | Inserción inicial en arreglo vacío |
| `[10]`, tam=1 | `pos=5, val=100` | `false` | `[10]`, tam=1 | Rechazo seguro de posición fuera de rango |

Cadenas Dinámicas

Ejercicio 2.05.05 - Concatenación dinámica ⭐⭐⭐☆☆

Implementar char* concatenar(const char *s1, const char *s2). Algoritmo:

  1. Calcular la longitud total necesaria: strlen(s1) + strlen(s2) + 1 (para el \0).

  2. Reservar memoria con malloc para este tamaño.

  3. Copiar la primera cadena (s1) al nuevo bloque.

  4. Concatenar la segunda cadena (s2) al final.

Ejercicio 2.05.06 - Deduplicador ⭐⭐☆☆☆

Implementar char* deduplicar(const char *s). Como el tamaño final es desconocido, una estrategia de dos pasadas es robusta:

  1. Primera pasada: Recorrer la cadena s con un arreglo auxiliar de contadores para determinar el número de caracteres únicos y, por lo tanto, el tamaño de la cadena resultante.

  2. Segunda pasada: Reservar memoria del tamaño exacto y construir la nueva cadena solo con los caracteres únicos.

Ejercicio 2.05.07 - Fraccionador (Tokenizer) ⭐⭐☆☆☆

Implementar char** dividir_cadena(const char *s, int *n_palabras). Esta función devuelve un arreglo de punteros, donde cada puntero apunta a una palabra alojada dinámicamente.

Algoritmo:

  1. Contar el número de palabras para saber el tamaño del arreglo char**.

  2. Reservar memoria para este arreglo de punteros.

  3. Volver a recorrer la cadena original. Por cada palabra encontrada: a. Calcular su longitud. b. Reservar memoria para esa palabra. c. Copiar los caracteres de la palabra. d. Asignar el puntero a la nueva palabra en el arreglo de punteros.

  4. Terminar el arreglo de punteros con un NULL para facilitar su recorrido.

Matrices Dinámicas

Ejercicio 2.05.08 - Ciclo de vida ⭐⭐☆☆☆

Implementar funciones para reservar y liberar una matriz m x n usando un arreglo de punteros.

Ejercicio 2.05.09 - Multiplicación ⭐⭐☆☆☆

Implementar int** multiplicar(int **A, int m, int n, int **B, int p, int q). Algoritmo:

  1. Verificar que la multiplicación sea posible (nn debe ser igual a pp).

  2. Reservar memoria para una nueva matriz C de dimensiones m×qm \times q.

  3. Aplicar el algoritmo de multiplicación de matrices para calcular cada elemento cijc_{ij} y almacenarlo en la nueva matriz.

    cij=∑k=1naik⋅bkjc_{ij} = \sum_{k=1}^{n} a_{ik} \cdot b_{kj}
  4. Retornar el puntero a la matriz C.

Ejercicio 2.05.10 - s Adicionales ⭐⭐☆☆☆

Ejercicio 2.05.11 - Redimensionar Arreglo ⭐⭐⭐☆☆

Implementar una función int* redimensionar_arreglo(int* arr, size_t nuevo_tamano) que utilice realloc para cambiar el tamaño de un arreglo dinámico. La función debe manejar tanto la expansión como la contracción del arreglo y gestionar posibles fallos de realloc.

Ejercicio 2.05.12 - Vector de Crecimiento Dinámico ⭐⭐⭐☆☆

Implementar una estructura vector_t que simule un std::vector de C++. Debe contener un puntero a los datos, un tamaño (size) y una capacidad (capacity). Crear funciones para:

Ejercicio 2.05.13 - Leer Archivo a Cadena Dinámica ⭐⭐⭐☆☆

Escribir una función char* leer_archivo_completo(const char* ruta) que lea todo el contenido de un archivo de texto y lo devuelva en una única cadena alojada dinámicamente. El tamaño del archivo no se conoce de antemano.

Ejercicio 2.05.14 - Matriz Triangular Dinámica ⭐⭐⭐☆☆

Crear una función que reserve memoria para una matriz triangular inferior. Cada fila i debe tener i+1 columnas. La función debe devolver un int** y se debe implementar su correspondiente función de liberación.

Ejercicio 2.05.15 - strdup Propio ⭐⭐☆☆☆

Implementar su propia versión de la función no estándar strdup, que recibe una cadena y devuelve un puntero a una nueva cadena en memoria dinámica con el mismo contenido.

char* mi_strdup(const char* s);

Ejercicio 2.05.16 - calloc vs. malloc ⭐⭐☆☆☆

Escribir un programa que reserve dos arreglos de enteros del mismo tamaño, uno con malloc y otro con calloc. Imprimir el contenido de ambos arreglos inmediatamente después de la reserva para demostrar que calloc inicializa la memoria a cero.

Ejercicio 2.05.17 - Concatenar Múltiples Cadenas ⭐⭐⭐☆☆

Escribir una función char* concatenar_muchas(char** cadenas, int n_cadenas) que reciba un arreglo de cadenas y las una todas en una sola cadena dinámica, separadas por un espacio.

Ejercicio 2.05.18 - Clonación Profunda de Struct ⭐⭐⭐☆☆

Definir una struct que contenga miembros de tipo puntero (ej. char* nombre, int* notas). Escribir una función de “clonación profunda” que cree una copia completamente nueva e independiente de la struct, incluyendo la reserva de nueva memoria para los datos a los que apuntan los punteros.

Ejercicio 2.05.19 - Particionar Arreglo Dinámicamente ⭐⭐⭐☆☆

Escribir una función que reciba un arreglo dinámico y lo divida en dos nuevos arreglos dinámicos: uno con los números pares y otro con los impares. La función debe devolver estos dos nuevos arreglos (por ejemplo, a través de punteros por referencia).

Ejercicio 2.05.20 - Historial de Comandos ⭐⭐☆☆☆

Crear un programa que lea líneas de texto desde la entrada estándar y las almacene en un “historial” (un arreglo dinámico de cadenas char**). El historial debe crecer dinámicamente a medida que se añaden comandos.

Ejercicio 2.05.21 - Matriz Irregular (Ragged Array) ⭐⭐⭐☆☆

Reservar memoria para una matriz dinámica donde cada fila puede tener un número diferente de columnas. Las dimensiones (número de columnas de cada fila) se deben leer de un arreglo de configuración.

Ejercicio 2.05.22 - Liberación Profunda ⭐⭐☆☆☆

Escribir una función void liberar_historial(char** historial, int n_comandos) que libere correctamente toda la memoria utilizada por la estructura del ejercicio 1.19: primero la memoria de cada cadena individual y luego la memoria del arreglo de punteros.

Ejercicio 2.05.23 - Buffer de Lectura Dinámico ⭐⭐⭐☆☆

Crear una función que lea una línea completa desde stdin (hasta el salto de línea), alojando dinámicamente la memoria necesaria para la línea sin imponer un límite de tamaño predefinido. La función podría empezar con un buffer pequeño y usar realloc para agrandarlo según sea necesario.

Ejercicio 2.05.24 - Lista de Compras Dinámica ⭐⭐⭐☆☆

Crear un programa interactivo que permita al usuario gestionar una lista de compras. Las opciones deben ser:

  1. Añadir producto (cadena dinámica).

  2. Eliminar producto.

  3. Mostrar lista. La lista debe ser un arreglo de char* que se ajuste dinámicamente.

Ejercicio 2.05.25 - Manejo de Errores de malloc ⭐⭐☆☆☆

Modificar uno de los ejercicios anteriores (ej. 1.2, Duplicadora) para que, si malloc o realloc devuelven NULL, el programa lo notifique con un mensaje de error claro a stderr y termine de forma controlada (ej. exit(EXIT_FAILURE)), en lugar de fallar por desreferenciar un puntero nulo.

Más Ejercicios de Memoria Dinámica

Ejercicio 2.05.26 - Filtro de Arreglo Dinámico ⭐⭐⭐☆☆

Crear una función que reciba un arreglo dinámico, su tamaño y un puntero a una función “predicado” (bool (*pred)(int)). La función debe devolver un nuevo arreglo dinámico que contenga únicamente los elementos del arreglo original para los cuales el predicado devuelve true.

Ejercicio 2.05.27 - Mapa Simple (Clave-Valor) ⭐☆☆☆☆

Implementar una estructura para un mapa simple (diccionario) que almacene pares clave-valor (char*-int). El mapa debe usar un arreglo dinámico de struct par {char* clave; int valor;}. La tabla debe crecer usando realloc cuando se quede sin espacio.

Ejercicio 2.05.28 - Unir Líneas de Archivo ⭐⭐☆☆☆

Escribir un programa que lea todas las líneas de un archivo y las almacene en un arreglo dinámico de cadenas (char**). Luego, crear una función que una todas estas cadenas en una sola, separadas por un espacio, y la devuelva como una nueva cadena dinámica.

Ejercicio 2.05.29 - Sub-arreglo Dinámico ⭐⭐⭐☆☆

Crear una función int* sub_arreglo(const int* arr, size_t inicio, size_t fin) que devuelva un nuevo arreglo dinámico conteniendo una copia de los elementos del arreglo original desde el índice inicio hasta fin-1.

Ejercicio 2.05.30 - Matriz Dinámica en Bloque Contiguo ⭐⭐⭐☆☆

Implementar la creación y liberación de una matriz M x N de dos formas:

  1. Como un arreglo de punteros a filas (el método tradicional).

  2. Como un único bloque de memoria contigua de M*N elementos, y un arreglo de punteros int** donde cada puntero [i] se calcula para que apunte a la fila i dentro del bloque contiguo. Comparar la complejidad de liberación de ambas.

Ejercicio 2.05.31 - realloc con NULL ⭐⭐☆☆☆

Escribir un pequeño programa que demuestre que realloc(NULL, n) se comporta de manera idéntica a malloc(n). Verificar que la memoria se asigna correctamente.

Ejercicio 2.05.32 - realloc con Tamaño Cero ⭐⭐☆☆☆

Escribir un pequeño programa que demuestre que realloc(ptr, 0) se comporta de manera idéntica a free(ptr). Verificar que el puntero original ya no es válido después de la operación.

Ejercicio 2.05.33 - Arreglo Dinámico de Structs ⭐⭐⭐☆☆

Alojar dinámicamente un arreglo de structs (ej. producto_t de un ejercicio anterior). Implementar funciones para añadir y buscar elementos en este arreglo, usando realloc para expandir el arreglo cuando sea necesario.

Ejercicio 2.05.34 - Implementar getline ⭐⭐☆☆☆

Implementar una versión simplificada de la función getline de POSIX. La función ssize_t mi_getline(char **lineptr, size_t *n, FILE *stream) debe leer una línea de stream, almacenarla en un buffer apuntado por *lineptr y expandir dicho buffer con realloc si es necesario.

Ejercicio 2.05.35 - Pila (Stack) Dinámica ⭐⭐⭐☆☆

Implementar una Pila (Stack) usando un arreglo dinámico. La estructura debe tener capacidad y tamaño. Cuando la pila se llena, su capacidad debe duplicarse. Cuando el tamaño es un cuarto de la capacidad, esta debe reducirse a la mitad. Implementar push, pop y peek.

Ejercicio 2.05.36 - Array Dinámico Simple ⭐☆☆☆☆

Leé un tamaño n, creá un array dinámico de n enteros, llenalo, mostralo y liberalo.

Orientación:


Ejercicio 2.05.37 - String Dinámico ⭐⭐☆☆☆

Leé un string de tamaño arbitrario (hasta 1000 caracteres), almacenalo dinámicamente con el tamaño exacto.

Orientación:


Ejercicio 2.05.38 - Redimensionar Array ⭐⭐⭐☆☆

Implementá un programa que permita agregar elementos dinámicamente a un array, redimensionándolo cuando se llene.

Orientación:


Ejercicio 2.05.39 - Copiar String Dinámicamente ⭐⭐⭐☆☆

Implementá char *duplicar_string(const char *src) que retorne una copia dinámica.

Orientación:


Ejercicio 2.05.40 - Concatenar Strings Dinámicamente ⭐⭐⭐☆☆

Implementá char *concatenar(const char *s1, const char *s2) que retorne concatenación en memoria dinámica.

Orientación:


Ejercicio 2.05.41 - Matriz Dentada ⭐⭐⭐⭐☆

Creá una matriz donde cada fila tiene diferente cantidad de columnas.

Orientación:


Ejercicio 2.05.42 - Lista de Strings ⭐⭐⭐⭐☆

Leé N strings y almacenalos en un array dinámico de strings.

Orientación:


Ejercicio 2.05.43 - Histograma Dinámico ⭐⭐⭐⭐☆

Leé números hasta EOF y creá un histograma de frecuencias (0-9).

Orientación:


Ejercicio 2.05.44 - Vector Dinámico (Estructura) ⭐⭐⭐⭐☆

Implementá un vector dinámico encapsulado en estructura:

typedef struct
{
    int *datos;
    size_t tamanio;
    size_t capacidad;
} vector_t;

Funciones:

Orientación:


Ejercicio 2.05.45 - Leer Archivo Completo en Memoria ⭐⭐⭐⭐☆

Leé un archivo de texto completo en memoria dinámica.

Orientación:


Ejercicio 2.05.46 - Merge de Arrays ⭐⭐⭐⭐☆

Implementá int *merge(int *arr1, int n1, int *arr2, int n2) que retorne un nuevo array con ambos ordenados.

Orientación:


Ejercicio 2.05.47 - Lista Enlazada con Memoria Dinámica ⭐⭐⭐⭐⭐

Implementá lista enlazada completamente dinámica:

typedef struct nodo
{
    int dato;
    struct nodo *siguiente;
} nodo_t;

Funciones:

Orientación:


Ejercicio 2.05.48 - Árbol Binario de Búsqueda ⭐⭐⭐⭐⭐

Implementá un ABB (Árbol Binario de Búsqueda):

typedef struct nodo_arbol
{
    int dato;
    struct nodo_arbol *izquierdo;
    struct nodo_arbol *derecho;
} nodo_arbol_t;

Funciones:

Orientación:


Ejercicio 2.05.49 - Tabla Hash Simple ⭐⭐⭐⭐⭐

Implementá una tabla hash con encadenamiento:

1
2
3
4
5
6
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10
11
typedef struct entrada
{
    char *clave;
    int valor;
    struct entrada *siguiente;
} entrada_t;
typedef struct
{
    entrada_t **tabla;
    size_t tamanio;
} hash_t;

Funciones:

Orientación:


Ejercicio 2.05.50 - Pool de Memoria ⭐⭐⭐⭐⭐

Implementá un allocator simple que asigna de un pool preasignado.

Orientación:


Ejercicio 2.05.51 - Parser de CSV Dinámico ⭐⭐⭐⭐⭐

Leé un archivo CSV y almacená datos en estructura dinámica.

Orientación:


Ejercicio 2.05.52 - Búfer Circular Dinámico ⭐⭐⭐⭐⭐

Implementá un búfer circular continuo en memoria dinámica:

Orientación:


Ejercicio 2.05.53 - Arreglo Dinámico de Cadenas de Texto ⭐⭐⭐⭐⭐

Implementá un arreglo dinámico de cadenas de texto (char **):

Orientación:


Ejercicio 2.05.54 - Simulador de Memoria ⭐⭐⭐⭐⭐

Implementá un simulador que registre todas las asignaciones/liberaciones.

Orientación:


Ejercicio 2.05.55 - Sistema de Gestión de Memoria Personalizado ⭐⭐⭐⭐⭐

Implementá tu propio malloc y free usando sbrk o un buffer grande.

Orientación:


Notas Finales

Estas consignas cubren todos los aspectos de memoria dinámica: asignación básica, redimensionamiento, estructuras complejas, gestión avanzada y prevención de errores.