C中堆管理—淺談malloc,free,calloc,realloc函數之間的區別

在進行C/C++編程的時候，須要程序員對內存的瞭解比較好清楚，常常須要操做的內存可分爲下面幾個類別：

1. 堆棧區（stack）：由編譯器自動分配與釋放，存放函數的參數值，局部變量，臨時變量等等，它們獲取的方式都是由編譯器自動執行的

2. 堆區（heap）：通常由程序員分配與釋放，基程序員不釋放，程序結束時可能由操做系統回收（C/C++沒有此等回收機制，Java/C#有），注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式卻是相似於鏈表。

3. 全局區（靜態區）（static）：全局變量和靜態變量的存儲是放在一起的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另外一塊區域。程序結束後由系統釋放。

4. 文字常量區：常量字符串是放在這裏的，程序結束後由系統釋放。

5. 程序代碼區：存放函數體的二進制代碼。

C 標準函數庫提供了許多函數來實現對堆上內存管理，其中包括：malloc函數，free函數，calloc函數和realloc函數。使用這些函數須要包含頭文件stdlib.h。它們的聲明以下：

void * malloc(int n);
void free (void * p);
void *calloc(int n,int size);
void * realloc(void * p,int n);

1.   malloc函數

 

malloc函數能夠從堆上得到指定字節的內存空間，其函數聲明以下：

 

void * malloc(int n);

 

其中，形參n爲要求 分配的字節數。若是函數執行成功，malloc返回得到內存空間的首地址；若是函數執行失敗，那麼返回值爲NULL。因爲 malloc函數值的類型爲void型指針，所以，能夠將其值類型轉換後賦給任意類型指針，這樣就能夠經過操做該類型指針來操做從堆上得到的內存空間。

     須要注意的是,malloc函數分配獲得的內存空間是未初始化的。所以，通常在使用該內存空間時，要調用另外一個函數memset來將其初始化爲全0。memset函數的聲明以下：

    void * memset (void * p,int c,int n) ;

 

       該函數能夠將指定的內存空間按字節單位置爲指定的字符c。其中，p爲要清零的內存空間的首地址，c爲要設定的值，n爲被操做的內存空間的字節長度。若是要用memset清0，變量c實參要爲0。malloc函數和memset函數的操做語句通常以下：

int * p=NULL;
p=(int *)malloc(sizeof(int));
if(p==NULL)
    printf(「Can’t get memory!/n」);
memset(p,0,siezeof(int));

注意：經過malloc函數獲得的堆內存必須使用memset函數來初始化。

 

示例代碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
     int * p=NULL;
     p=(int *)malloc(sizeof(int));
     if(NULL==p){
         printf("Can't get memory!/n");
         return -1;
     }
     printf("%d/n",*p);           //輸出分配的空間上的值
     memset(p,0,sizeof(int));     //將p指向的空間清0
     printf("%d/n",*p);           //輸出調用memset函數後的結果
     *p=2;
     printf("%d/n",*p);
     return 0;
}

2. free函數

       從堆上得到的內存空間在程序結束之後，系統不會將其自動釋放，須要程序員來本身管理。一個程序結束時，必須保證全部從堆上得到的內存空間已被安全釋放，不然，會致使內存泄露。例如上面的demo就會發生內存泄露。

free函數能夠實現釋放內存的功能。其函數聲明爲：

 

void free (void * p);

 

    因爲形參爲void指針，free函數能夠接受任意類型的指針實參。

    可是，free函數只是釋放指針指向的內容，而該指針仍然指向原來指向的地方，此時，指針爲野指針，若是此時操做該指針會致使不可預期的錯誤。安全作法 是：在使用free函數釋放指針指向的空間以後，將指針的值置爲NULL。所以，對於上面的demo，須要在return

語句前加入如下兩行語句：

free(p);
p=NULL;

注意：使用malloc函數分配的堆空間在程序結束以前必須釋放。

 

3. calloc函數

 

calloc函數的功能與malloc函數的功能類似，都是從堆分配內存。其函數聲明以下：

 

void *calloc(int n,int size);

 

函數返回值爲void型指針。若是執行成功，函數從堆上得到size X n的字節空間，並返回該空間的首地址。若是執行失敗，函數返回NULL。該函數與malloc函數的一個顯著不一樣時是，calloc函數獲得的內存空間是通過初始化的，其內容全爲0。calloc函數適合爲數組申請空間，能夠將size設置爲數組元素的空間長度，將n設置爲數組的容量。

 

示例代碼

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define SIZE 5
int main()
{
     int * p=NULL;
     int i=0;
     //爲p從堆上分配SIZE個int型空間
     p=(int *)calloc(SIZE,sizeof(int));
    if(NULL==p){
         printf("Error in calloc./n");
         return -1;
     }
     //爲p指向的SIZE個int型空間賦值
     for(i=0;i<SIZE;i++)
         p[i]=i;
     //輸出各個空間的值
     for(i=0;i<SIZE;i++)
         printf("p[%d]=%d/n",i,p[i]);
     free(p);
     p=NULL;
     return 0;
}

 

提示：calloc函數的分配的內存也須要自行釋放。

 

4. realloc函數

 

realloc函數的功能比malloc函數和calloc函數的功能更爲豐富，能夠實現內存分配和內存釋放的功能，其函數聲明以下：

 

void * realloc(void * p,int n);

 

其中，指針p必須爲指向堆內存空間的指針，即由malloc函數、calloc函數或realloc函數分配空間的指針。realloc函數將指針 p指向的內存塊的大小改變爲n字節。若是n小於或等於p以前指向的空間大小，那麼。保持原有狀態不變。若是n大於原來p以前指向的空間大小，那麼，系統將 從新爲p從堆上分配一塊大小爲n的內存空間，同時，將原來指向空間的內容依次複製到新的內存空間上，p以前指向的空間被釋放。relloc函數分配的空間也是未初始化的。

 

注意：使用malloc函數，calloc函數和realloc函數分配的內存空間都要使用free函數或指針參數爲NULL的realloc函數來釋放。

 

示例代碼：

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
     int * p=NULL;
     p=(int *)malloc(sizeof(int));
     *p=3;
     printf("p=%p/n",p);
     printf("*p=%d/n",*p);
     p=(int *)realloc(p,sizeof(int));
     printf("p=%p/n",p);
     printf("*p=%d/n",*p);
     p=(int *)realloc(p,3*sizeof(int));
     printf("p=%p/n",p);
     printf("*p=%d",*p);
    //釋放p指向的空間
     realloc(p,0);
     p=NULL;
     return 0;
}

 

注意：若是要使用realloc函數分配的內存，必須使用memset函數對其內存初始化

 

下面要注意的幾點是：

1. 函數malloc（）和calloc（）均可以用來動態分配內存空間。 malloc（） 函數有一個參數，即分配的內存空間的大小，malloc在分配內存的時候會保留必定的空間用來記錄分配狀況，分配的次數越多，這些記錄佔用的空間就越多。 另外，根據malloc實現策略的不一樣，malloc每次在分配的時候，可能分配的空間比實際要求的多些，屢次分配會致使更多的這種浪費，固然，這些都跟 malloc的實現有關； calloc（）函數有兩個參數，分別爲元素的個數和每一個元素的大小，這兩個參數的乘積就是要分配的內存空間的大小。若是調用成功，它們都將返回所分配內存空間的首地址。

2. 函數malloc（）和calloc（）的主要區別是前者不能初始化所分配的內存空間，然後者能夠。

3. relloc（）能夠對給定的指針所指的空間進行擴大或者縮小，不管是擴張或者縮小，原有內存中的內容將保持不變。固然，對於縮小，則被縮小的那一部分的內容會丟失。

4. relloc（）並不保證調整後的內存空間和原來的內存空間保持同一內存地址，相反，relloc返回的指針極可能指向一個新地址。因此在代碼 中，咱們必須將relloc的返回值，從新賦值給p ： p=(int *) relloc (p,sizeof(int)*15);