malloc動態(tài)分配內(nèi)存和free釋放

先看一個例子

#include<stdio.h>
int max=10;		//data區(qū)，不產(chǎn)生具體的可執(zhí)行代碼。
void main()
{
	//局部變量都在棧區(qū)。    棧內(nèi)存自動分配，釋放。堆需要手動malloc,free
	int a=10;	//mov dword ptr[a], 0x0a; 在函數(shù)體內(nèi)，產(chǎn)生具體的可執(zhí)行代碼。
}

malloc動態(tài)分配的內(nèi)存在堆區(qū)，其空間并不連續(xù)。函數(shù)返回的指針是指向堆里面的一塊內(nèi)存。操作系統(tǒng)中有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表。

當(dāng)操作系統(tǒng)收到程序的申請時，就會遍歷該鏈表，然后就尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后就將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序。

什么是堆？說到堆，又忍不住說到了棧！什么是棧？

下面就另外開個小部分專門而又簡單地說一下這個題外話：

• 什么是堆：

堆是大家共有的空間，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有沒有分配的空間，局部堆就是用戶分配的空間。

堆在操作系統(tǒng)對進(jìn)程 初始化的時候分配，運(yùn)行過程中也可以向系統(tǒng)要額外的堆，但是記得用完了要還給操作系統(tǒng)，要不然就是內(nèi)存泄漏。

• 什么是棧：

棧是線程獨(dú)有的，保存其運(yùn)行狀態(tài)和局部自動變量的。棧在線程開始的時候初始化，每個線程的棧互相獨(dú)立。每個函數(shù)都有自己的棧，棧被用來在函數(shù)之間傳遞參數(shù)。

操作系統(tǒng)在切換線程的時候會自動的切換棧，就是切換SS/ESP寄存器。棧空間不需要在高級語言里面顯式的分配和釋放。

通過上面對概念的描述，可以知道：

棧是由編譯器自動分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值、局部變量的值等。操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。堆一般由程序員分配釋放，若不釋放，程序結(jié)束時可能由OS回收。

注意這里說是可能，并非一定。所以我想再強(qiáng)調(diào)一次，記得要釋放！注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表。

所以，舉個例子，如果你在函數(shù)上面定義了一個指針變量，然后在這個函數(shù)里申請了一塊內(nèi)存讓指針指向它。

實(shí)際上，這個指針的地址是在棧上，但是它所指向的內(nèi)容卻是在堆上面的！這一點(diǎn)要注意！所以，再想想，在一個函數(shù)里申請了空間后，比如說下面這個函數(shù)：

// code...
void Function(void)
{
char *p = (char *)malloc(100 * sizeof(char));
}

就這個例子，千萬不要認(rèn)為函數(shù)返回，函數(shù)所在的棧被銷毀指針也跟著銷毀，申請的內(nèi)存也就一樣跟著銷毀了！這絕對是錯誤的！因?yàn)樯暾埖膬?nèi)存在堆上，而函數(shù)所在的棧被銷毀跟堆完全沒有啥關(guān)系。所以，還是那句話：記得釋放！

1. 函數(shù)原型及說明 

• void *malloc(long NumBytes)：該函數(shù)分配了NumBytes個字節(jié)，并返回了指向這塊內(nèi)存的指針。如果分配失敗，則返回一個空指針（NULL）。關(guān)于分配失敗的原因，應(yīng)該有多種，比如說空間不足就是一種。
• void free(void *FirstByte)： 該函數(shù)是將之前用malloc分配的空間還給程序或者是操作系統(tǒng)，也就是釋放了這塊內(nèi)存，讓它重新得到自由。

2. 關(guān)于函數(shù)使用需要注意的地方

A、申請了內(nèi)存空間后

必須檢查是否分配成功。

B、當(dāng)不需要再使用申請的內(nèi)存時

記得釋放；釋放后應(yīng)該把指向這塊內(nèi)存的指針指向NULL，防止程序后面不小心使用了它。

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
void main()
{
	int n;
	int *p=NULL;
	scanf("%d",&n);
	p=(int *)malloc(sizeof(int)*n);    //n=10
	for(int i=0;i<n;++i)
	{
		p[i]=i;
	}
	for(int j=0;j<n;++j)
	{
		printf("%d\n",p[j]);
	}
	free(p);
	p=NULL;    //free釋放堆空間后，必須把無效指針變?yōu)榭?。（分手要清空前任的一切?
}

如何表示這一塊堆內(nèi)存已經(jīng)被占用，避免別的程序又來分配我的空間呢。用標(biāo)志位來標(biāo)記，所以加上了標(biāo)志位之后n=10時堆中開辟的空間肯定不止40字節(jié)。

注意 free釋放的是指針指向的內(nèi)存，不是指針。指針只是一個變量，只有程序結(jié)束時才被銷毀。釋放了內(nèi)存空間后，原來指向這塊空間的指針還是存在。 

當(dāng)空間釋放(free)時，標(biāo)志位狀態(tài)就會發(fā)生變化，此時又允許其他程序分配我原本的內(nèi)存空間。此時指針變?yōu)闊o效指針，必須把無效指針變?yōu)榭铡?/p>

否則失效指針仍可對內(nèi)存操作，但有可能這一塊內(nèi)存被分配給別的程序，就會使無效指針修改別人的數(shù)據(jù)。

麻煩大了。 如：

void main()
{
	int a=10;
	int *p=NULL;
	p=(int *)malloc(sizeof(int));
	*p=100;
	printf("%d \n",*p);
	free(p);	//指針仍指向那塊，但系統(tǒng)已經(jīng)將這塊空間標(biāo)記為未用空間。
	//失效指針。
	printf("%d \n",*p);
	*p=200;
	printf("%d \n",*p);
	p=NULL;
	//第一次打印100 第二次打印隨機(jī)值 第三次打印200
}

C、這兩個函數(shù)應(yīng)該是配對

如果申請后不釋放就是內(nèi)存泄露；如果無故釋放那就是什么也沒有做。

釋放只能一次，如果釋放兩次及兩次以上會出現(xiàn)錯誤（釋放空指針例外，釋放空指針其實(shí)也等于啥也沒做，所以釋放空指針釋放多少次都沒有問題）。

如：

void main()
{
	int a=10;
	int *p=(int *)malloc(sizeof(int));
	*p=200;
	printf("%d \n",*p);
	free(p);
	printf("%d \n",*p);
	//p=NULL;	先置空再free，系統(tǒng)不出錯。什么也不做。（本來就空指針去離婚，人不搭理你。）
	free(p);	//系統(tǒng)報(bào)錯。不能對同一個空間重復(fù)進(jìn)行釋放。（重復(fù)離婚，放狗咬人。）
}

D、malloc申請的指針不要動它

可以動它的值，但自身不能動。

這里涉及malloc()以及free()的機(jī)制

“大多數(shù)實(shí)現(xiàn)所分配的存儲空間比所要求的要稍大一些，額外的空間用來記錄管理信息——分配塊的長度，指向下一個分配塊的指針等等。這就意味著如果寫過一個已分配區(qū)的尾端，則會改寫后一塊的管理信息。這種類型的錯誤是災(zāi)難性的，但是因?yàn)檫@種錯誤不會很快就暴露出來，所以也就很難發(fā)現(xiàn)。將指向分配塊的指針向后移動也可能會改寫本塊的管理信息。”

以上這段話已經(jīng)給了我們一些信息了。malloc()申請的空間實(shí)際我覺得就是分了兩個不同性質(zhì)的空間。一個就是用來記錄管理信息的空間，另外一個就是可用空間了。而用來記錄管理信息的實(shí)際上是一個結(jié)構(gòu)體。

在C語言中，用結(jié)構(gòu)體來記錄同一個對象的不同信息是天經(jīng)地義的事！

下面看看這個結(jié)構(gòu)體的原型：

struct mem_control_block {
int is_available; //這是一個標(biāo)記
int size; //這是實(shí)際空間的大小
};

free()就是根據(jù)這個結(jié)構(gòu)體的信息來釋放malloc()申請的空間，malloc()申請空間后返回一個指針應(yīng)該是指向第二種空間，也就是可用空間。

看看free()的源代碼

void free(void *ptr) 
{
struct mem_control_block *free;
free = ptr - sizeof(struct mem_control_block);
free->is_available = 1;
return;
}

看一下函數(shù)第二句，這句非常重要和關(guān)鍵。

其實(shí)這句就是把指向可用空間的指針倒回去，讓它指向管理信息的那塊空間，因?yàn)檫@里是在值上減去了一個結(jié)構(gòu)體的大??！

那么，我之前有個錯誤的認(rèn)識，就是認(rèn)為指向那塊內(nèi)存的指針不管移到那塊內(nèi)存中的哪個位置都可以釋放那塊內(nèi)存！但是，這是大錯特錯！釋放是不可以釋放一部分的！首先這點(diǎn)應(yīng)該要明白。

而且，從free()的源代碼看，ptr只能指向可用空間的首地址，不然，減去結(jié)構(gòu)體大小之后一定不是指向管理信息空間的首地址。

所以，要確保指針指向可用空間的首地址！不信嗎？自己可以寫一個程序然后移動指向可用空間的指針，看程序會不會崩！

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
void main()
{
	int n;
	int *p=NULL;
	scanf("%d",&n);
	p=(int *)malloc(sizeof(int)*n);		//此時p指向第一個空間元素
	for(int i=0;i<n;i++)
	{
		*p=i;
		p+=1;
	}
	//此時p指向第n個元素。
	free(p);	//釋放時就找不到標(biāo)志位了。
	p=NULL;
}

總結(jié)

以上為個人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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