C语言 动态内存分配
清风自在 流水潺潺 人气:0一、动态内存分配的意义
C语言中的一切操作都是基于内存的
变量和数组都是内存的别名
- 内存分配由编译器在编译期间决定
- 定义数组的时候必须指定数组长度
- 数组长度是在编译期就必须确定的
需求：程序运行的过程中，可能需要使用一些额外的内存空间
二、malloc 和 free
malloc 和 free 用于执行动态内存分配和释放
- malloc 所分配的是一块连续的内存
- malloc 以字节为单位，并且不带任何的类型信息
- free 用于将动态内存归还系统
void* malloc(size_t size);
void free(void* pointer);
注意事项
- malloc 和 free 是库函数，而不是系统调用
- malloc 实际分配的内存可能会比请求的多
- 不能依赖于不同平台下的 malloc 行为
- 当请求的动态内存无法满足时 malloc 返回 NULL
- 当 free 的参数为 NULL 时，函数直接返回
下面看一个内存泄漏检测模块的示例：
test.c：
#include <stdio.h>
#include "mleak.h"
void f()
{
MALLOC(100);
}
int main()
{
int* p = (int*)MALLOC(3 * sizeof(int));
f();
p[0] = 1;
p[1] = 2;
p[2] = 3;
FREE(p);
PRINT_LEAK_INFO();
return 0;
}
mleak.h：
#ifndef _MLEAK_H_ #define _MLEAK_H_ #include <malloc.h> #define MALLOC(n) mallocEx(n, __FILE__, __LINE__) #define FREE(p) freeEx(p) void* mallocEx(size_t n, const char* file, const line); void freeEx(void* p); void PRINT_LEAK_INFO(); #endif
mleak.c：
#include "mleak.h"
#define SIZE 256
/* 动态内存申请参数结构体 */
typedef struct
{
void* pointer;
int size;
const char* file;
int line;
} MItem;
static MItem g_record[SIZE]; /* 记录动态内存申请的操作 */
void* mallocEx(size_t n, const char* file, const line)
{
void* ret = malloc(n); /* 动态内存申请 */
if( ret != NULL )
{
int i = 0;
/* 遍历全局数组，记录此次操作 */
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
/* 查找位置 */
if( g_record[i].pointer == NULL )
{
g_record[i].pointer = ret;
g_record[i].size = n;
g_record[i].file = file;
g_record[i].line = line;
break;
}
}
}
return ret;
}
void freeEx(void* p)
{
if( p != NULL )
{
int i = 0;
/* 遍历全局数组，释放内存空间，并清除操作记录 */
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
if( g_record[i].pointer == p )
{
g_record[i].pointer = NULL;
g_record[i].size = 0;
g_record[i].file = NULL;
g_record[i].line = 0;
free(p);
break;
}
}
}
}
void PRINT_LEAK_INFO()
{
int i = 0;
printf("Potential Memory Leak Info:\n");
/* 遍历全局数组，打印未释放的空间记录 */
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
if( g_record[i].pointer != NULL )
{
printf("Address: %p, size:%d, Location: %s:%d\n", g_record[i].pointer, g_record[i].size, g_record[i].file, g_record[i].line);
}
}
}输出结果如下， 因为 MALLOC(100); 之后没有进行释放内存，所以被检查出来了。
暂时不能用于工程开发，需要再开发才行。因为 malloc 往往在不同的线程中被调用，因此 malloc 函数必须要有互斥的操作。因为 static MItem g_record[SIZE]; 这个静态全局数组是一种临界区，必须被保护起来。
三、关于 malloc(0)
malloc(0); 将返回什么?
下面看一段代码：
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
int main()
{
int* p = (int*) malloc(0);
printf("p = %p\n", p);
free(p);
return 0;
}输出结果如下：
这说明 malloc(0) 是合法的，内存地址其实包含两个概念，一个是内存的起始地址，一个是内存的长度。在平常我们可能会只注意内存的首地址，对于长度却忽略了。malloc(0) 在这个程序中申请到的内存起始地址为 0x82c3008，长度为 0。
但是我们在程序里不停写 malloc(0)，会造成内存泄漏吗？答案是肯定的，因为malloc 实际分配的内存可能会比请求的多，目前的操作系统一般都是 4 字节对齐的，所以写 malloc(0) 系统实际返回的字节数也许就是 4 字节。
四、calloc 和 realloc
malloc 的同胞兄弟
void* calloc(size_t num, size_t size);
void* realloc(void* pointer, size_t new_size);
calloc 的参数代表所返回内存的类型信息
- calloc 会将返回的内存初始化为 0
realloc 用于修改一个原先已经分配的内存块大小
- 在使用 realloc 之后应该使用其返回值
- 当 pointer 的第一个参数为 NULL 时，等价于 malloc
下面看一个 calloc 和 realloc 的使用示例：
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#define SIZE 5
int main()
{
int i = 0;
int* pI = (int*)malloc(SIZE * sizeof(int));
short* pS = (short*)calloc(SIZE, sizeof(short));
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
printf("pI[%d] = %d, pS[%d] = %d\n", i, pI[i], i, pS[i]);
}
printf("Before: pI = %p\n", pI);
pI = (int*)realloc(pI, 2 * SIZE * sizeof(int));
printf("After: pI = %p\n", pI);
for(i = 0; i < 10; i++)
{
printf("pI[%d] = %d\n", i, pI[i]);
}
free(pI);
free(pS);
return 0;
}
输出结果如下：
malloc 只负责申请空间，不负责初始化，这里的 pI 指针保存的值均为 0 只是巧合罢了，另外使用 realloc 重置之后，内存地址也会改变，pI 指针保存的值也会改变，这里都为 0 同样也是巧合。
五、小结
- 动态内存分配是 C 语言中的强大功能
- 程序能够在需要的时候有机会使用更多的内存
- malloc 单纯的从系统中申请固定字节大小的内存
- calloc 能以类型大小为单位申请内存并初始化为0
- realloc 用于重置内存大小
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