malloc&free用法详解

在C里,内存管理是通过专门的函数来实现。另外,为了兼容各种编程语言,操作系统提供的接口通常是 C 语言写成的函数声明 (Windows 本身也由C和汇编语言写成)。

1 分配内存 malloc 函数

需要包含头文件:malloc.h

函数声明(函数原型):void *malloc(int size);

说明:malloc 向系统申请分配指定size个字节的内存空间。返回类型是 void 类型。void 表示未确定类型的指针。C,C++规定,void* 类型可以强制转换为任何其它类型的指针。

从函数声明上可以看出。malloc 和 new 至少有两个不同: new 返回指定类型的指针,并且可以自动计算所需要大小。比如:

或:

 malloc 则必须由我们计算要字节数,并且在返回后强行转换为实际类型的指针。 

第一、malloc 函数返回的是 void  类型,如果你写成:p = malloc (sizeof(int)); 则程序无法通过编译,报错:“不能将 void 赋值给 int * 类型变量”。所以必须通过 (int *) 来将强制转换。

第二、函数的实参为 sizeof(int) ,用于指明一个整型数据需要的大小。如果你写成:

代码也能通过编译,但事实上只分配了1个字节大小的内存空间,当你往里头存入一个整数,就会有3个字节无家可归,而直接“住进邻居家”!造成的结果是后面的内存中原有数据内容全部被清空。

malloc 也可以达到 new [] 的效果,申请出一段连续的内存,方法无非是指定你所需要内存大小。

比如想分配100个int类型的空间:

另外有一点不能直接看出的区别是,malloc 只管分配内存,并不能对所得的内存进行初始化,所以得到的一片新内存中,其值将是随机的。

除了分配及最后释放的方法不一样以外,通过malloc或new得到指针,在其它操作上保持一致。

2 释放内存 free 函数

需要包含头文件(和 malloc 一样):

函数声明:

即: void free(指针变量);

之所以把形参中的指针声明为 void* ,是因为free必须可以释放任意类型的指针,而任意类型的指针都可以转换为void *。

举例:

或者:

free 不管你的指针指向多大的空间,均可以正确地进行释放,这一点释放比 delete/delete [] 要方便。不过,必须注意,如果你在分配指针时,用的是new或new[],那么抱歉,当你在释放内存时,你并不能图方便而使用free来释放。反过来,你用malloc 分配的内存,也不能用delete/delete[] 来释放。一句话,new/delete、new[]/delete[]、malloc/free 三对均需配套使用,不可混用!

3.calloc()和realloc()

calloc()函数有两个参数,分别为元素的数目和每个元素的大小,这两个参数的乘积就是要分配的内存空间的大小:void *calloc(size_t numElements,size_t sizeOfElement); 。

如果调用成功,函数malloc()和函数calloc()都将返回所分配的内存空间的首地址。函数malloc()和函数calloc()的主要区别是前者不能初始化所分配的内存空间,而后者能。如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过,则其中的每一位可能都是0;反之,如果这部分内存曾经被分配过,则其中可能遗留有各种各样的数据。也就是说,使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题。

函数calloc()会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,也就是说,如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存,那麽这些元素将保证会被初始化为0;如果你是为指针类型的元素分配内存,那麽这些元素通常会被初始化为空指针;如果你为实型数据分配内存,则这些元素会被初始化为浮点型的零。

realloc()

原型:extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);

用法:#include <stdlib.h> 有些编译器需要#include <malloc.h>

功能:改变mem_address所指内存区域的大小为newsize长度。

说明:如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针,否则返回空指针NULL。

当内存不再使用时,应使用free()函数将内存块释放。

注意:这里原始内存中的数据还是保持不变的。

举例:

// realloc.c

详细说明及注意要点:

1、如果有足够空间用于扩大mem_address指向的内存块,则分配额外内存,并返回mem_address。

这里说的是“扩大”,我们知道,realloc是从堆上分配内存的,当扩大一块内存空间时, realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节,如果能够满足,自然天下太平。也就是说,如果原先的内存大小后面还有足够的空闲空间用来分配,加上原来的空间大小= newsize。那么就ok。得到的是一块连续的内存。

2、如果原先的内存大小后面没有足够的空闲空间用来分配,那么从堆中另外找一块newsize大小的内存。

并把原来大小内存空间中的内容复制到newsize中。返回新的mem_address指针。(数据被移动了)。

老块被放回堆上。

例如:

这段程序也许在编译器中没有办法通过,因为编译器可能会为我们消除一些隐患!在这里我们只是增加了一个记录原来内存地址的指针q,然后记录了原来的内存地址p,如果不幸的话,数据发生了移动,那么所记录的原来的内存地址q所指向的内存空间实际上已经放回到堆上了!这样一来,我们应该终于意识到问题的所在和可怕了吧!

3、返回情况

返回的是一个void类型的指针,调用成功。(这就再你需要的时候进行强制类型转换)

返回NULL,当需要扩展的大小(第二个参数)为0并且第一个参数不为NULL,此时原内存变成了“freed(游离)”的了。

返回NULL,当没有足够的空间可供扩展的时候,此时,原内存空间的大小维持不变。4、特殊情况

如果mem_address为null,则realloc()和malloc()类似。分配一个newsize的内存块,返回一个指向该内存块的指针。

如果newsize大小为0,那么释放mem_address指向的内存,并返回null。

如果没有足够可用的内存用来完成重新分配(扩大原来的内存块或者分配新的内存块),则返回null.而原来的内存块保持不变。

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