快捷導(dǎo)航

C語(yǔ)言深入探索動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的使用

更新時(shí)間：2022年04月18日 11:32:40 作者：清風(fēng)自在流水潺潺

給數(shù)組分配多大的空間？你是否和初學(xué)C時(shí)的我一樣，有過(guò)這樣的疑問(wèn)。這一期就來(lái)聊一聊動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配，讀完這篇文章，你可能對(duì)內(nèi)存的分配有一個(gè)更好的理解

一、動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的意義

C語(yǔ)言中的一切操作都是基于內(nèi)存的

變量和數(shù)組都是內(nèi)存的別名

內(nèi)存分配由編譯器在編譯期間決定
定義數(shù)組的時(shí)候必須指定數(shù)組長(zhǎng)度
數(shù)組長(zhǎng)度是在編譯期就必須確定的

需求：程序運(yùn)行的過(guò)程中，可能需要使用一些額外的內(nèi)存空間

二、malloc 和 free

malloc 和 free 用于執(zhí)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和釋放

malloc 所分配的是一塊連續(xù)的內(nèi)存
malloc 以字節(jié)為單位，并且不帶任何的類型信息
free 用于將動(dòng)態(tài)內(nèi)存歸還系統(tǒng)

void* malloc(size_t size);

void free(void* pointer);

注意事項(xiàng)

malloc 和 free 是庫(kù)函數(shù)，而不是系統(tǒng)調(diào)用
malloc 實(shí)際分配的內(nèi)存可能會(huì)比請(qǐng)求的多
不能依賴于不同平臺(tái)下的 malloc 行為
當(dāng)請(qǐng)求的動(dòng)態(tài)內(nèi)存無(wú)法滿足時(shí) malloc 返回 NULL
當(dāng) free 的參數(shù)為 NULL 時(shí)，函數(shù)直接返回

下面看一個(gè)內(nèi)存泄漏檢測(cè)模塊的示例：

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
 
 
/* 動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)參數(shù)結(jié)構(gòu)體 */
 
typedef struct
{
    void* pointer;
    int size;
    const char* file;
    int line;
 
} MItem;
 
static MItem g_record[SIZE]; /* 記錄動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)的操作 */
 
void* mallocEx(size_t n, const char* file, const line)
{
    void* ret = malloc(n); /* 動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng) */   
 
    if( ret != NULL )
    {
        int i = 0;       
 
        /* 遍歷全局?jǐn)?shù)組，記錄此次操作 */
 
        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;        
 
        /* 遍歷全局?jǐn)?shù)組，釋放內(nèi)存空間，并清除操作記錄 */
 
        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");    
 
    /* 遍歷全局?jǐn)?shù)組，打印未釋放的空間記錄 */
 
    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);
        }
    }
 
}

輸出結(jié)果如下，因?yàn)?MALLOC(100); 之后沒(méi)有進(jìn)行釋放內(nèi)存，所以被檢查出來(lái)了。

暫時(shí)不能用于工程開發(fā)，需要再開發(fā)才行。因?yàn)?malloc 往往在不同的線程中被調(diào)用，因此 malloc 函數(shù)必須要有互斥的操作。因?yàn)?static MItem g_record[SIZE]; 這個(gè)靜態(tài)全局?jǐn)?shù)組是一種臨界區(qū)，必須被保護(hù)起來(lái)。

三、關(guān)于 malloc(0)

malloc(0); 將返回什么?

下面看一段代碼：

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

輸出結(jié)果如下：

這說(shuō)明 malloc(0) 是合法的，內(nèi)存地址其實(shí)包含兩個(gè)概念，一個(gè)是內(nèi)存的起始地址，一個(gè)是內(nèi)存的長(zhǎng)度。在平常我們可能會(huì)只注意內(nèi)存的首地址，對(duì)于長(zhǎng)度卻忽略了。malloc(0) 在這個(gè)程序中申請(qǐng)到的內(nèi)存起始地址為 0x82c3008，長(zhǎng)度為 0。

但是我們?cè)诔绦蚶锊煌?malloc(0)，會(huì)造成內(nèi)存泄漏嗎？答案是肯定的，因?yàn)閙alloc 實(shí)際分配的內(nèi)存可能會(huì)比請(qǐng)求的多，目前的操作系統(tǒng)一般都是 4 字節(jié)對(duì)齊的，所以寫 malloc(0) 系統(tǒng)實(shí)際返回的字節(jié)數(shù)也許就是 4 字節(jié)。

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 的參數(shù)代表所返回內(nèi)存的類型信息

calloc 會(huì)將返回的內(nèi)存初始化為 0

realloc 用于修改一個(gè)原先已經(jīng)分配的內(nèi)存塊大小

在使用 realloc 之后應(yīng)該使用其返回值
當(dāng) pointer 的第一個(gè)參數(shù)為 NULL 時(shí)，等價(jià)于 malloc

下面看一個(gè) 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;
}

輸出結(jié)果如下：

malloc 只負(fù)責(zé)申請(qǐng)空間，不負(fù)責(zé)初始化，這里的 pI 指針保存的值均為 0 只是巧合罷了，另外使用 realloc 重置之后，內(nèi)存地址也會(huì)改變，pI 指針保存的值也會(huì)改變，這里都為 0 同樣也是巧合。

五、小結(jié)

動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配是 C 語(yǔ)言中的強(qiáng)大功能
程序能夠在需要的時(shí)候有機(jī)會(huì)使用更多的內(nèi)存
malloc 單純的從系統(tǒng)中申請(qǐng)固定字節(jié)大小的內(nèi)存
calloc 能以類型大小為單位申請(qǐng)內(nèi)存并初始化為0
realloc 用于重置內(nèi)存大小

到此這篇關(guān)于C語(yǔ)言深入探索動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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