1. 程式人生 > >c中記憶體分配與釋放(malloc,realloc,calloc,free)函式內容的整理

c中記憶體分配與釋放(malloc,realloc,calloc,free)函式內容的整理


程式例2 
  從這個例子可以看出calloc分配完儲存空間後將元素初始化。   #include<stdio.h>   #include<stdlib.h>   int main(void)   {   int i;   int *pn=(int *)calloc(10,sizeof(int));   for(i=0;i<10;i++)   printf("%3d",*pn++);   printf("\n");   free(pn);   return 0;   }   輸出十個0。   
realloc:
 
函式簡介:c語言函式 
  原型:extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);   語法:指標名=(資料型別*)realloc(要改變記憶體大小的指標名,新的大小)。//新的大小一定要大於原來的大小不然的話會導致資料丟失!   標頭檔案:#include <stdlib.h> 有些編譯器需要#include <alloc.h>,在TC2.0中可以使用alloc.h標頭檔案   功能:先按照newsize指定的大小分配空間,將原有資料從頭到尾拷貝到新分配的記憶體區域,而後釋放原來mem_address所指記憶體區域,同時返回新分配的記憶體區域的首地址。即重新分配儲存器塊的地址。   返回值:如果重新分配成功則返回指向被分配記憶體的指標,否則返回空指標NULL。    注意:這裡原始記憶體中的資料還是保持不變的。當記憶體不再使用時,應使用free()函式將記憶體塊釋放。  
應用舉例 
  舉例1:   從這個例子可以看出realloc函式的功能。   #include<stdio.h>   #include<stdlib.h>   int main()   {   int i;   int *pn=(int *)malloc(5*sizeof(int));   printf("%p\n",pn);   for(i=0;i<5;i++)   scanf("%d",&pn[i]);   pn=(int *)realloc(pn,10*sizeof(int));   printf("%p\n",pn);   for(i=0;i<5;i++)   printf("%3d",pn[i]);   printf("\n");   free(pn);   return 0;   }   舉例2:(在TC2.0中執行通過)   // realloc.c   #include <syslib.h>   #include <alloc.h>   main()   {   char *p;   clrscr(); // clear screen   p=(char *)malloc(100);   if(p)   printf("Memory Allocated at: %x",p);   else   printf("Not Enough Memory!\n");   getchar();   p=(char *)realloc(p,256);   if(p)   printf("Memory Reallocated at: %x",p);   
else   printf("Not Enough Memory!\n");   free(p);   getchar();   return 0;   }  
詳細說明及注意要點 
  1、如果有足夠空間用於擴大mem_address指向的記憶體塊,則分配額外記憶體,並返回mem_address   這裡說的是“擴大”,我們知道,realloc是從堆上分配記憶體的,當擴大一塊記憶體空間時, realloc()試圖直接從堆上現存的資料後面的那些位元組中獲得附加的位元組,如果能夠滿足,自然天下太平。也就是說,如果原先的記憶體大小後面還有足夠的空閒空間用來分配,加上原來的空間大小= newsize。那麼就ok。得到的是一塊連續的記憶體。   2、如果原先的記憶體大小後面沒有足夠的空閒空間用來分配,那麼從堆中另外找一塊newsize大小的記憶體。   並把原來大小記憶體空間中的內容複製到newsize中。返回新的mem_address指標。(資料被移動了)。   老塊被放回堆上。   例如:   #include <malloc.h>   void main()   {   char *p,*q;   p = (char * ) malloc (10);   q=p;   p = (char * ) 












realloc (q,20); //A   …………………………   }   在這段程式中我們增加了指標q,用它記錄了原來的記憶體地址p。這段程式可以編譯通過,但在執行到A行時,如果原有記憶體後面沒有足夠空間將原有空間擴充套件成一個連續的新大小的話,realloc函式就會以第二種方式分配記憶體,此時資料發生了移動,那麼所記錄的原來的記憶體地址q所指向的記憶體空間實際上已經放回到堆上了!這樣就會產生q指標的指標懸掛,如果再用q指標進行操作就可能發生意想不到的問題。所以在應用realloc函式是應當格外注意這種情況。   3、返回情況   返回的是一個void型別的指標,呼叫成功。(這就在你需要的時候進行強制型別轉換)   返回NULL,當需要擴充套件的大小(第二個引數)為0並且第一個引數不為NULL,此時原記憶體變成了“freed(遊離)”的了。   返回NULL,當沒有足夠的空間可供擴充套件的時候,此時,原記憶體空間的大小維持不變。   4、特殊情況   如果mem_address為null,則realloc()和malloc()類似。分配一個newsize的記憶體塊,返回一個指向該記憶體塊的指標。   如果newsize大小為0,那麼釋放mem_address指向的記憶體,並返回null。   如果沒有足夠可用的記憶體用來完成重新分配(擴大原來的記憶體塊或者分配新的記憶體塊),則返回null.而原來的記憶體塊保持不變。  
realloc使用總結 
  1. realloc失敗的時候,返回NULL   2. realloc失敗的時候,原來的記憶體不改變,不會釋放也不會移動   3. 假如原來的記憶體後面還有足夠多剩餘記憶體的話,realloc的記憶體=原來的記憶體+剩餘記憶體,realloc還是返回原來記憶體的地址; 假如原來的記憶體後面沒有足夠多剩餘記憶體的話,realloc將申請新的記憶體,然後把原來的記憶體資料拷貝到新記憶體裡,原來的記憶體將被free掉,realloc返回新記憶體的地址   4. 如果size為0,效果等同於free()。這裡需要注意的是隻對指標本身進行釋放,例如對二維指標**a,對a呼叫realloc時只會釋放一維,使用時謹防記憶體洩露。   5. 傳遞給realloc的指標必須是先前通過malloc(), calloc(), 或realloc()分配的   6.傳遞給realloc的指標可以為空,等同於malloc。   
free: 
  原型: void free(void *ptr)   功 能: 釋放已分配的塊 
補充說明: 
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。  
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。就是這樣!  
  什麼是堆?說到堆,又忍不住說到了棧!什麼是
棧? 
2、什麼是堆:堆是大家共有的空間,分全域性堆和區域性堆。全域性堆就是所有沒有分配的空間,區域性堆就是使用者分配的空間。堆在作業系統對程序 初始化的時候分配,執行過程中也可以向系統要額外的堆,但是記得用完了要還給作業系統,要不然就是記憶體洩漏。 
   什麼是棧:棧是執行緒獨有的,儲存其執行狀態和區域性自動變數的。棧線上程開始的時候初始化,每個執行緒的棧互相獨立。每個函式都有自己的棧,棧被用來在函式之間傳遞引數。作業系統在切換執行緒的時候會自動的切換棧,就是切換SS/ESP暫存器。棧空間不需要在高階語言裡面顯式的分配和釋放。  
      棧是由編譯器自動分配釋放,存放函式的引數值、區域性變數的值等。操作方式類似於資料結構中的棧。 












      堆一般由程式設計師分配釋放,若不釋放,程式結束時可能由OS回收。注意這裡說是可能,並非一定。再強調一次,記得要釋放! 
注意它與資料結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於連結串列 
所以,舉個例子,如果你在函式上面定義了一個指標變數,然後在這個函式裡申請了一塊記憶體讓指標指向它。實際上,這個指標的地址是在棧上,但是它所指向的內容卻是在堆上面的!這一點要注意!所以,再想想,在一個函式裡申請了空間後,比如說下面這個函式: 程式程式碼:    // code... 
       void Function(void)        { 
        char *p = (char *)malloc(100 * sizeof(char));     }    
   就這個例子,千萬不要認為函式返回,函式所在的棧被銷燬指標也跟著銷燬,申請的記憶體也就一樣跟著銷燬了!這絕對是錯誤的!因為申請的記憶體在堆上,而函式所在的棧被銷燬跟堆完全沒有啥關係。所以,還是那句話:記得釋放! 3、free()到底釋放了什麼 
   這個問題比較簡單,其實我是想和第二大部分的題目相呼應而已!!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!這點非常非常重要!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,前面我已經說過了,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。非常重要啊這一點!    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。先看一下在《UNIX環境高階程式設計》中第七章的一段話: 
   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()申請的空間實際我覺得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,用結構體來記錄同一個物件的不同資訊是天經地義的事!下面看看這個結構體的原型: 
程式程式碼: 
   struct mem_control_block { 
    int is_available;    //這是一個標記? 
    int size;            //這是實際空間的大小     };    
   對於size,這個是實際空間大小。這裡其實我有個疑問,is_available是否是一個標記?因












為我看了free()的原始碼之後對這個變數感覺有點納悶(原始碼在下面分析) 
   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。但是這裡有一個問題,malloc()申請空間後返回一個指標應該是指向第二種空間,也就是可用空間!不然,如果指向管理資訊空間的話,寫入的內容和結構體的型別有可能不一致,或者會把管理資訊遮蔽掉,那就沒法釋放記憶體空間了,所以會發生錯誤 
   好了!下面看看free()的原始碼,我自己分析了一下,覺得比起malloc()的原始碼倒是容易簡單很多。只是有個疑問,下面指出! 程式程式碼:    // code...     
       void free(void *ptr)       { 
            struct mem_control_block *free; 
            free = ptr - sizeof(struct mem_control_block);             free->is_available = 1;             return;     } 
   看一下函式第二句,這句非常重要和關鍵。其實這句就是把指向可用空間的指標倒回去,讓它指向管理資訊的那塊空間,因為這裡是在值上減去了一個結構體的大小!後面那一句free->is_available = 1;我有點納悶!我的想法是:這裡is_available應該只是一個標記而已!因為從這個變數的名稱上來看,is_available 翻譯過來就是“是可以用”。不要說我土!我覺得變數名字可以反映一個變數的作用,特別是嚴謹的程式碼。這是原始碼,所以我覺得絕對是嚴謹的!!這個變數的值是1,表明是可以用的空間!只是這裡我想了想,如果把它改為0或者是其他值不知道會發生什麼事?!但是有一點我可以肯定,就是釋放絕對不會那麼順利進行!因為這是一個標記!    當然,這裡可能還是有人會有疑問,為什麼這樣就可以釋放呢??我剛才也有這個疑問。後來我想到,釋放是作業系統的事,那麼就free()這個原始碼來看,什麼也沒有釋放,對吧?但是它確實是確定了管理資訊的那塊記憶體的內容。所以,free()只是記錄了一些資訊,然後告訴作業系統那塊記憶體可以去釋放,具體怎麼告訴作業系統的我不清楚,但我覺得這個已經超出了我這篇文章的討論範圍了。 
   那麼,我之前有個錯誤的認識,就是認為指向那塊記憶體的指標不管移到那塊記憶體中的哪個位置都可以釋放那塊記憶體!但是,這是大錯特錯!釋放是不可以釋放一部分的!首先這點應該要明白。而且,從free()的原始碼看,ptr只能指向可用空間的首地址,不然,減去結構體大小之後一定不是指向管理資訊空間的首地址。所以,要確保指標指向可用空間的首地址