C中堆管理—淺談malloc,free,calloc,realloc函數之間的區別

在進行C/C++編程的時候，需要程序員對內存的瞭解比較好清楚，經常需要操作的內存可分爲下面幾個類別：

堆棧區（stack）：由編譯器自動分配與釋放，存放函數的參數值，局部變量，臨時變量等等，它們獲取的方式都是由編譯器自動執行的 堆區（heap）：一般由程序員分配與釋放，基程序員不釋放，程序結束時可能由操作系統回收（C/C++沒有此等回收機制，Java/C#有），注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於鏈表。 全局區（靜態區）（static）：全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊兒的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。程序結束後由系統釋放。 文字常量區：常量字符串是放在這裏的，程序結束後由系統釋放。 程序代碼區：存放函數體的二進制代碼。

C 標準函數庫提供了許多函數來實現對堆上內存管理，其中包括：malloc函數，free函數，calloc函數和realloc函數。使用這些函數需要包含頭文件stdlib.h。它們的聲明如下：

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

1.   malloc函數

 

malloc函數可以從堆上獲得指定字節的內存空間，其函數聲明如下：

 

void * malloc(int n);

 

其中，形參n爲要求分配的字節數。如果函數執行成功，malloc返回獲得內存空間的首地址；如果函數執行失敗，那麼返回值爲NULL。由於 malloc函數值的類型爲void型指針，因此，可以將其值類型轉換後賦給任意類型指針，這樣就可以通過操作該類型指針來操作從堆上獲得的內存空間。

     需要注意的是,malloc函數分配得到的內存空間是未初始化的。因此，一般在使用該內存空間時，要調用另一個函數memset來將其初始化爲全0。memset函數的聲明如下：

 

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

 

       該函數可以將指定的內存空間按字節單位置爲指定的字符c。其中，p爲要清零的內存空間的首地址，c爲要設定的值，n爲被操作的內存空間的字節長度。如果要用memset清0，變量c實參要爲0。malloc函數和memset函數的操作語句一般如下：

 

int * p=NULL;

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

if(p==NULL)

    printf(“Can’t get memory!/n”);

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

 

注意：通過malloc函數得到的堆內存必須使用memset函數來初始化。

 

示例代碼：

#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); //輸出分配的空間上的值 memset(p,0,sizeof(int)); //將p指向的空間清0 printf("%d/n",*p); //輸出調用memset函數後的結果 *p=2; printf("%d/n",*p); return 0; }

 
2. free函數

 

       從堆上獲得的內存空間在程序結束以後，系統不會將其自動釋放，需要程序員來自己管理。一個程序結束時，必須保證所有從堆上獲得的內存空間已被安全釋放，否則，會導致內存泄露。例如上面的demo就會發生內存泄露。

free函數可以實現釋放內存的功能。其函數聲明爲：

 

void free (void * p);

 

    由於形參爲void指針，free函數可以接受任意類型的指針實參。

    但是，free函數只是釋放指針指向的內容，而該指針仍然指向原來指向的地方，此時，指針爲野指針，如果此時操作該指針會導致不可預期的錯誤。安全做法是：在使用free函數釋放指針指向的空間之後，將指針的值置爲NULL。因此，對於上面的demo，需要在return

語句前加入以下兩行語句：

 

free(p);

p=NULL;

注意：使用malloc函數分配的堆空間在程序結束之前必須釋放。

 

3. calloc函數

calloc函數的功能與malloc函數的功能相似，都是從堆分配內存。其函數聲明如下：

 

void *calloc(int n,int size);

 

函數返回值爲void型指針。如果執行成功，函數從堆上獲得size X n的字節空間，並返回該空間的首地址。如果執行失敗，函數返回NULL。該函數與malloc函數的一個顯著不同時是，calloc函數得到的內存空間是經過初始化的，其內容全爲0。calloc函數適合爲數組申請空間，可以將size設置爲數組元素的空間長度，將n設置爲數組的容量。

 

示例代碼

 

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define SIZE 5 int main() { int * p=NULL; int i=0; //爲p從堆上分配SIZE個int型空間 p=(int *)calloc(SIZE,sizeof(int)); if(NULL==p){ printf("Error in calloc./n"); return -1; } //爲p指向的SIZE個int型空間賦值 for(i=0;i<SIZE;i++) p[i]=i; //輸出各個空間的值 for(i=0;i<SIZE;i++) printf("p[%d]=%d/n",i,p[i]); free(p); p=NULL; return 0; }

 

 

提示：calloc函數的分配的內存也需要自行釋放。

 

4. realloc函數

 

realloc函數的功能比malloc函數和calloc函數的功能更爲豐富，可以實現內存分配和內存釋放的功能，其函數聲明如下：

 

void * realloc(void * p,int n);

 

其中，指針p必須爲指向堆內存空間的指針，即由malloc函數、calloc函數或realloc函數分配空間的指針。realloc函數將指針 p指向的內存塊的大小改變爲n字節。如果n小於或等於p之前指向的空間大小，那麼。保持原有狀態不變。如果n大於原來p之前指向的空間大小，那麼，系統將重新爲p從堆上分配一塊大小爲n的內存空間，同時，將原來指向空間的內容依次複製到新的內存空間上，p之前指向的空間被釋放。relloc函數分配的空間也是未初始化的。

 

注意：使用malloc函數，calloc函數和realloc函數分配的內存空間都要使用free函數或指針參數爲NULL的realloc函數來釋放。

 

示例代碼：

 

#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); //釋放p指向的空間 realloc(p,0); p=NULL; return 0; }

 

 

注意：如果要使用realloc函數分配的內存，必須使用memset函數對其內存初始化

 

 

 

 

 

 

 

下面要注意的幾點是：

1. 函數malloc（）和calloc（）都可以用來動態分配內存空間。 malloc（）函數有一個參數，即分配的內存空間的大小，malloc在分配內存的時候會保留一定的空間用來記錄分配情況，分配的次數越多，這些記錄佔用的空間就越多。另外，根據malloc實現策略的不同，malloc每次在分配的時候，可能分配的空間比實際要求的多些，多次分配會導致更多的這種浪費，當然，這些都跟malloc的實現有關； calloc（）函數有兩個參數，分別爲元素的個數和每個元素的大小，這兩個參數的乘積就是要分配的內存空間的大小。如果調用成功，它們都將返回所分配內存空間的首地址。
2. 函數malloc（）和calloc（）的主要區別是前者不能初始化所分配的內存空間，而後者可以。
3. relloc（）可以對給定的指針所指的空間進行擴大或者縮小，無論是擴張或者縮小，原有內存中的內容將保持不變。當然，對於縮小，則被縮小的那一部分的內容會丟失。
4. relloc（）並不保證調整後的內存空間和原來的內存空間保持同一內存地址，相反，relloc返回的指針很可能指向一個新地址。所以在代碼中，我們必須將relloc的返回值，重新賦值給p ： p=(int *) relloc (p,sizeof(int)*15);