动态内存分配

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
• 变量和数组都输内存的别名
  • 内存分配有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

malloc与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

• 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

思考

malloc(0); 将返回什么？

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(0);
	printf("%p\n",p); // ox80c4008
	free(p);
	return 0;
}

不停地malloc(0)不释放会怎样？
答：内存泄漏，malloc得到的内存空间往往会比实际申请的大，现代操作系统一般都是4字节对齐(即malloc(1)得到的也许就是4)

例子1：内存泄漏模块
main.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);  
        }  
    }  
}  

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

例子2：calloc与realloc的使用

#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;  
}  

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