Linux C 堆内存管理函数malloc()、calloc()、realloc()、free()详解

C 编程中，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：

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

一、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：

void * malloc(size_t 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：

void * memset (void * p, int c, size_t 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：

int *p = NULL;
p = (int *) malloc(sizeof(int));

if (p == NULL)
{
	printf("Can’t get memory!\n");
}

memset(p, 0, sizeof(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：

#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);				// 输出分配的空间上的值
	memset(p, 0, sizeof(int));		// 将p指向的空间清0
	printf("%d\n", *p);				// 输出调用memset函数后的结果
	*p = 2;
	printf("%d\n", *p);
	
	return 0;
}

二、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：

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：

free(p);
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。

三、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：

void *calloc(size_t n, size_t 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：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define SIZE 5

int main()
{
	int *p = NULL;
	int i = 0;

	// 为p从堆上分配SIZE个int型空间
	p = (int *) calloc(SIZE, sizeof(int));
	if (NULL == p)
	{
		printf("Error in calloc.\n");
		return -1;
	}

	// 为p指向的SIZE个int型空间赋值
	for (i = 0; i < SIZE; i++)
	{
		p[i] = i;
	}

	// 输出各个空间的值
	for (i = 0; i < SIZE; i++)
	{
		printf("p[%d]=%d\n", i, p[i]);
	}
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}

提示：calloc()函数的分配的内存也须要自行释放。

四、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：

void * realloc(void * p, size_t 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。realloc()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：

#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);

	// 释放p指向的空间
	realloc(p, 0);
	p = NULL;

	return 0;
}

 

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. realloc()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. realloc()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，realloc()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realloc()的返回值，从新赋值给p ： p = (int *) realloc (p, sizeof(int) * 15);

 

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realloc()函数，另一个注意点：

realloc()有可能操做失败，返回NULL，因此不要把它的返回值直接赋值给原来的指针变量，以避免原值丢失：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	char *str = NULL;
	str = (char *)malloc(sizeof(char));
	*str = 'a';

	char *p = (char *)realloc(str, sizeof(char) * 10);
	if (p != NULL)
	{
		str = p;
	}

	printf("%s\n", str);

	return 0;
}

 

 

参考：

http://baike.baidu.com/view/736230.htm