C中堆管理—浅谈malloc,free,calloc,realloc函数之间的区别

在进行C/C++编程的时候，须要程序员对内存的了解比较好清楚，常常须要操做的内存可分为下面几个类别：

1. 堆栈区（stack）：由编译器自动分配与释放，存放函数的参数值，局部变量，临时变量等等，它们获取的方式都是由编译器自动执行的

2. 堆区（heap）：通常由程序员分配与释放，基程序员不释放，程序结束时可能由操做系统回收（C/C++没有此等回收机制，Java/C#有），注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式却是相似于链表。

3. 全局区（静态区）（static）：全局变量和静态变量的存储是放在一起的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另外一块区域。程序结束后由系统释放。

4. 文字常量区：常量字符串是放在这里的，程序结束后由系统释放。

5. 程序代码区：存放函数体的二进制代码。

C 标准函数库提供了许多函数来实现对堆上内存管理，其中包括：malloc函数，free函数，calloc函数和realloc函数。使用这些函数须要包含头文件stdlib.h。它们的声明以下：

1	void * malloc(int n);

2	void free (void * p);

3	void *calloc(int n,int size);

4	void * realloc(void * p,int n);

1.   malloc函数

 

malloc函数能够从堆上得到指定字节的内存空间，其函数声明以下：

 

1	void * malloc(int n);

 

其中，形参n为要求 分配的字节数。若是函数执行成功，malloc返回得到内存空间的首地址；若是函数执行失败，那么返回值为NULL。因为 malloc函数值的类型为void型指针，所以，能够将其值类型转换后赋给任意类型指针，这样就能够经过操做该类型指针来操做从堆上得到的内存空间。

     须要注意的是,malloc函数分配获得的内存空间是未初始化的。所以，通常在使用该内存空间时，要调用另外一个函数memset来将其初始化为全0。memset函数的声明以下：

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

 

       该函数能够将指定的内存空间按字节单位置为指定的字符c。其中，p为要清零的内存空间的首地址，c为要设定的值，n为被操做的内存空间的字节长度。若是要用memset清0，变量c实参要为0。malloc函数和memset函数的操做语句通常以下：

1	int * p=NULL;

2	p=(int *)malloc(sizeof(int));

3	if(p==NULL)

4	printf(“Can’t get memory!/n”);

5	memset(p,0,siezeof(int));

注意：经过malloc函数获得的堆内存必须使用memset函数来初始化。

 

示例代码：

01	#include <stdio.h>

02	#include <stdlib.h>

03	#include <string.h>

04	int main()

05

{

06	int * p=NULL;

07	p=(int *)malloc(sizeof(int));

08	if(NULL==p){

09	printf("Can't get memory!/n");

10	return -1;

11

}

12	printf("%d/n",*p);           //输出分配的空间上的值

13	memset(p,0,sizeof(int));     //将p指向的空间清0

14	printf("%d/n",*p);           //输出调用memset函数后的结果

15

*p=2;

16	printf("%d/n",*p);

17

return 0;

18

}

2. free函数

       从堆上得到的内存空间在程序结束之后，系统不会将其自动释放，须要程序员来本身管理。一个程序结束时，必须保证全部从堆上得到的内存空间已被安全释放，不然，会致使内存泄露。例如上面的demo就会发生内存泄露。

free函数能够实现释放内存的功能。其函数声明为：

 

1	void free (void * p);

 

    因为形参为void指针，free函数能够接受任意类型的指针实参。

    可是，free函数只是释放指针指向的内容，而该指针仍然指向原来指向的地方，此时，指针为野指针，若是此时操做该指针会致使不可预期的错误。安全作法 是：在使用free函数释放指针指向的空间以后，将指针的值置为NULL。所以，对于上面的demo，须要在return

语句前加入如下两行语句：

1

free(p);

2

p=NULL;

注意：使用malloc函数分配的堆空间在程序结束以前必须释放。

 

3. calloc函数

 

calloc函数的功能与malloc函数的功能类似，都是从堆分配内存。其函数声明以下：

 

1	void *calloc(int n,int size);

 

函数返回值为void型指针。若是执行成功，函数从堆上得到size X n的字节空间，并返回该空间的首地址。若是执行失败，函数返回NULL。该函数与malloc函数的一个显著不一样时是，calloc函数获得的内存空间是通过初始化的，其内容全为0。calloc函数适合为数组申请空间，能够将size设置为数组元素的空间长度，将n设置为数组的容量。

 

示例代码

 

01	#include <stdio.h>

02	#include <stdlib.h>

03	#define SIZE 5

04	int main()

05

{

06	int * p=NULL;

07

int i=0;

08	//为p从堆上分配SIZE个int型空间

09	p=(int *)calloc(SIZE,sizeof(int));

10	if(NULL==p){

11	printf("Error in calloc./n");

12	return -1;

13

}

14	//为p指向的SIZE个int型空间赋值

15	for(i=0;i<SIZE;i++)

16

p[i]=i;

17	//输出各个空间的值

18	for(i=0;i<SIZE;i++)

19	printf("p[%d]=%d/n",i,p[i]);

20

free(p);

21

p=NULL;

22

return 0;

23

}

 

提示：calloc函数的分配的内存也须要自行释放。

 

4. realloc函数

 

realloc函数的功能比malloc函数和calloc函数的功能更为丰富，能够实现内存分配和内存释放的功能，其函数声明以下：

 

1	void * realloc(void * p,int n);

 

其中，指针p必须为指向堆内存空间的指针，即由malloc函数、calloc函数或realloc函数分配空间的指针。realloc函数将指针 p指向的内存块的大小改变为n字节。若是n小于或等于p以前指向的空间大小，那么。保持原有状态不变。若是n大于原来p以前指向的空间大小，那么，系统将 从新为p从堆上分配一块大小为n的内存空间，同时，将原来指向空间的内容依次复制到新的内存空间上，p以前指向的空间被释放。relloc函数分配的空间也是未初始化的。

 

注意：使用malloc函数，calloc函数和realloc函数分配的内存空间都要使用free函数或指针参数为NULL的realloc函数来释放。

 

示例代码：

 

01	#include <stdio.h>

02	#include <stdlib.h>

03	int main()

04

{

05	int * p=NULL;

06	p=(int *)malloc(sizeof(int));

07

*p=3;

08	printf("p=%p/n",p);

09	printf("*p=%d/n",*p);

10	p=(int *)realloc(p,sizeof(int));

11	printf("p=%p/n",p);

12	printf("*p=%d/n",*p);

13	p=(int *)realloc(p,3*sizeof(int));

14	printf("p=%p/n",p);

15	printf("*p=%d",*p);

16	//释放p指向的空间

17	realloc(p,0);

18

p=NULL;

19

return 0;

20

}

 

注意：若是要使用realloc函数分配的内存，必须使用memset函数对其内存初始化

 

下面要注意的几点是：

1. 函数malloc（）和calloc（）均可以用来动态分配内存空间。 malloc（） 函数有一个参数，即分配的内存空间的大小，malloc在分配内存的时候会保留必定的空间用来记录分配状况，分配的次数越多，这些记录占用的空间就越多。 另外，根据malloc实现策略的不一样，malloc每次在分配的时候，可能分配的空间比实际要求的多些，屡次分配会致使更多的这种浪费，固然，这些都跟 malloc的实现有关； calloc（）函数有两个参数，分别为元素的个数和每一个元素的大小，这两个参数的乘积就是要分配的内存空间的大小。若是调用成功，它们都将返回所分配内存空间的首地址。

2. 函数malloc（）和calloc（）的主要区别是前者不能初始化所分配的内存空间，然后者能够。

3. relloc（）能够对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小，不管是扩张或者缩小，原有内存中的内容将保持不变。固然，对于缩小，则被缩小的那一部分的内容会丢失。

4. relloc（）并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址，相反，relloc返回的指针极可能指向一个新地址。因此在代码 中，咱们必须将relloc的返回值，从新赋值给p ： p=(int *) relloc (p,sizeof(int)*15);