malloc和free函式詳解

　　本文介紹malloc和free函式的內容。

　　在C中，對記憶體的管理是相當重要。下面開始介紹這兩個函式：

　　一、malloc()和free()的基本概念以及基本用法：

1、函式原型及說明：

void *malloc(long NumBytes)：該函式分配了NumBytes個位元組，並返回了指向這塊記憶體的指標。如果分配失敗，則返回一個空指標（NULL）。

關於分配失敗的原因，應該有多種，比如說空間不足就是一種。

void free(void *FirstByte)： 該函式是將之前用malloc分配的空間還給程式或者是作業系統，也就是釋放了這塊記憶體，讓它重新得到自由。

2、函式的用法：

     其實這兩個函式用起來倒不是很難，也就是malloc()之後覺得用夠了就甩了它把它給free()了，舉個簡單例子：

程式程式碼：
        // Code... 
        char *Ptr = NULL; 
        Ptr = (char *)malloc(100 * sizeof(char)); 
        if (NULL == Ptr) 
   　 { 
      　　  exit (1); 
　　  } 
        gets(Ptr); 

        // code... 
        free(Ptr); 
        Ptr = NULL; 
        // code...

就是這樣！當然，具體情況要具體分析以及具體解決。比如說，你定義了一個指標，在一個函式裡申請了一塊記憶體然後通過函式返回傳遞給這個指標，那麼也許釋放這塊記憶體這項工作就應該留給其他函數了。

3、關於函式使用需要注意的一些地方：

A、申請了記憶體空間後，必須檢查是否分配成功。

B、當不需要再使用申請的記憶體時，記得釋放；釋放後應該把指向這塊記憶體的指標指向NULL，防止程式後面不小心使用了它。

C、這兩個函式應該是配對。如果申請後不釋放就是記憶體洩露；如果無故釋放那就是什麼也沒有做。釋放只能一次，如果釋放兩次及兩次以上會

出現錯誤（釋放空指標例外，釋放空指標其實也等於啥也沒做，所以釋放空指標釋放多少次都沒有問題）。

D、雖然malloc()函式的型別是(void *),任何型別的指標都可以轉換成(void *),但是最好還是在前面進行強制型別轉換，因為這樣可以躲過一些編譯器的檢查。

現在進入第二部分：

　　二、malloc()到底從哪裡得來了記憶體空間：

1、malloc()到底從哪裡得到了記憶體空間？答案是從堆裡面獲得空間。也就是說函式返回的指標是指向堆裡面的一塊記憶體。作業系統中有一個記錄空閒記憶體地址的連結串列。當作業系統收到程式的申請時，就會遍歷該連結串列，然後就尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後就將該結點從空閒結點連結串列中刪除，並將該結點的空間分配給程式。關於堆的知識呢可以查詢資料結構方面的知識或查詢以前的一篇帖子C/C++堆、棧及靜態資料區詳解[轉載]。這裡不過多介紹。

2、在使用malloc()分配記憶體空間後，一定要記得釋放記憶體空間，否則就會出現記憶體洩漏。

3、free()到底釋放了什麼

free()釋放的是指標指向的記憶體！注意！釋放的是記憶體，不是指標！指標並沒有被釋放，指標仍然指向原來的儲存空間。指標是一個變數，只有程式結束時才被銷燬。釋放了記憶體空間後，原來指向這塊空間的指標還是存在！只不過現在指標指向的內容的垃圾，是未定義的，所以說是垃圾。因此，釋放記憶體後把指標指向NULL，防止指標在後面不小心又被解引用了。

　　三、malloc()以及free()的機制：

事實上，仔細看一下free()的函式原型，也許也會發現似乎很神奇，free()函式非常簡單，只有一個引數，只要把指向申請空間的指標傳遞給free()中的引數就可以完成釋放工作！這裡要追蹤到malloc()的申請問題了。申請的時候實際上佔用的記憶體要比申請的大。因為超出的空間是用來記錄對這塊記憶體的管理資訊。

大多數實現所分配的儲存空間比所要求的要稍大一些，額外的空間用來記錄管理資訊——分配塊的長度，指向下一個分配塊的指標等等。這就意味著如果寫過一個已分配區的尾端，則會改寫後一塊的管理資訊。這種型別的錯誤是災難性的，但是因為這種錯誤不會很快就暴露出來，所以也就很難發現。將指向分配塊的指標向後移動也可能會改寫本塊的管理資訊。

malloc()申請的空間實際就是分了兩個不同性質的空間。一個就是用來記錄管理資訊的空間，另外一個就是可用空間了。而用來記錄管理資訊的實際上是一個結構體。在C語言中，經常用結構來記錄資訊！下面看看這個結構體的原型：

程式程式碼：
   struct mem_control_block { 
    int is_available;    //一般來說應該是一個可用空間的首地址，但這裡英文單詞卻顯示出空間是否可用的一個標記
    int size;            //這是實際空間的大小 
    };

　　所以，free()就是根據這個結構體的資訊來釋放malloc()申請的空間！而結構體的兩個成員的大小我想應該是作業系統的事了。

　　下面看看free()的原始碼

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