C語言深入探索動態(tài)內(nèi)存分配的使用
一、動態(tài)內(nèi)存分配的意義
C語言中的一切操作都是基于內(nèi)存的
變量和數(shù)組都是內(nèi)存的別名
- 內(nèi)存分配由編譯器在編譯期間決定
- 定義數(shù)組的時候必須指定數(shù)組長度
- 數(shù)組長度是在編譯期就必須確定的
需求：程序運行的過程中，可能需要使用一些額外的內(nèi)存空間
二、malloc 和 free
malloc 和 free 用于執(zhí)行動態(tài)內(nèi)存分配和釋放
- malloc 所分配的是一塊連續(xù)的內(nèi)存
- malloc 以字節(jié)為單位，并且不帶任何的類型信息
- free 用于將動態(tài)內(nèi)存歸還系統(tǒng)
void* malloc(size_t size);
void free(void* pointer);
注意事項
- malloc 和 free 是庫函數(shù)，而不是系統(tǒng)調(diào)用
- malloc 實際分配的內(nèi)存可能會比請求的多
- 不能依賴于不同平臺下的 malloc 行為
- 當請求的動態(tài)內(nèi)存無法滿足時 malloc 返回 NULL
- 當 free 的參數(shù)為 NULL 時，函數(shù)直接返回
下面看一個內(nèi)存泄漏檢測模塊的示例：
test.c：
#include <stdio.h>
#include "mleak.h"
void f()
{
MALLOC(100);
}
int main()
{
int* p = (int*)MALLOC(3 * sizeof(int));
f();
p[0] = 1;
p[1] = 2;
p[2] = 3;
FREE(p);
PRINT_LEAK_INFO();
return 0;
}
mleak.h：
#ifndef _MLEAK_H_ #define _MLEAK_H_ #include <malloc.h> #define MALLOC(n) mallocEx(n, __FILE__, __LINE__) #define FREE(p) freeEx(p) void* mallocEx(size_t n, const char* file, const line); void freeEx(void* p); void PRINT_LEAK_INFO(); #endif
mleak.c：
#include "mleak.h"
#define SIZE 256
/* 動態(tài)內(nèi)存申請參數(shù)結構體 */
typedef struct
{
void* pointer;
int size;
const char* file;
int line;
} MItem;
static MItem g_record[SIZE]; /* 記錄動態(tài)內(nèi)存申請的操作 */
void* mallocEx(size_t n, const char* file, const line)
{
void* ret = malloc(n); /* 動態(tài)內(nèi)存申請 */
if( ret != NULL )
{
int i = 0;
/* 遍歷全局數(shù)組，記錄此次操作 */
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
/* 查找位置 */
if( g_record[i].pointer == NULL )
{
g_record[i].pointer = ret;
g_record[i].size = n;
g_record[i].file = file;
g_record[i].line = line;
break;
}
}
}
return ret;
}
void freeEx(void* p)
{
if( p != NULL )
{
int i = 0;
/* 遍歷全局數(shù)組，釋放內(nèi)存空間，并清除操作記錄 */
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
if( g_record[i].pointer == p )
{
g_record[i].pointer = NULL;
g_record[i].size = 0;
g_record[i].file = NULL;
g_record[i].line = 0;
free(p);
break;
}
}
}
}
void PRINT_LEAK_INFO()
{
int i = 0;
printf("Potential Memory Leak Info:\n");
/* 遍歷全局數(shù)組，打印未釋放的空間記錄 */
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
if( g_record[i].pointer != NULL )
{
printf("Address: %p, size:%d, Location: %s:%d\n", g_record[i].pointer, g_record[i].size, g_record[i].file, g_record[i].line);
}
}
}輸出結果如下， 因為 MALLOC(100); 之后沒有進行釋放內(nèi)存，所以被檢查出來了。
暫時不能用于工程開發(fā)，需要再開發(fā)才行。因為 malloc 往往在不同的線程中被調(diào)用，因此 malloc 函數(shù)必須要有互斥的操作。因為 static MItem g_record[SIZE]; 這個靜態(tài)全局數(shù)組是一種臨界區(qū)，必須被保護起來。
三、關于 malloc(0)
malloc(0); 將返回什么?
下面看一段代碼：
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
int main()
{
int* p = (int*) malloc(0);
printf("p = %p\n", p);
free(p);
return 0;
}輸出結果如下：
這說明 malloc(0) 是合法的，內(nèi)存地址其實包含兩個概念，一個是內(nèi)存的起始地址，一個是內(nèi)存的長度。在平常我們可能會只注意內(nèi)存的首地址，對于長度卻忽略了。malloc(0) 在這個程序中申請到的內(nèi)存起始地址為 0x82c3008，長度為 0。
但是我們在程序里不停寫 malloc(0)，會造成內(nèi)存泄漏嗎？答案是肯定的，因為malloc 實際分配的內(nèi)存可能會比請求的多，目前的操作系統(tǒng)一般都是 4 字節(jié)對齊的，所以寫 malloc(0) 系統(tǒng)實際返回的字節(jié)數(shù)也許就是 4 字節(jié)。
四、calloc 和 realloc
malloc 的同胞兄弟
void* calloc(size_t num, size_t size);
void* realloc(void* pointer, size_t new_size);
calloc 的參數(shù)代表所返回內(nèi)存的類型信息
- calloc 會將返回的內(nèi)存初始化為 0
realloc 用于修改一個原先已經(jīng)分配的內(nèi)存塊大小
- 在使用 realloc 之后應該使用其返回值
- 當 pointer 的第一個參數(shù)為 NULL 時，等價于 malloc
下面看一個 calloc 和 realloc 的使用示例：
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#define SIZE 5
int main()
{
int i = 0;
int* pI = (int*)malloc(SIZE * sizeof(int));
short* pS = (short*)calloc(SIZE, sizeof(short));
for(i = 0; i < SIZE; i++)
{
printf("pI[%d] = %d, pS[%d] = %d\n", i, pI[i], i, pS[i]);
}
printf("Before: pI = %p\n", pI);
pI = (int*)realloc(pI, 2 * SIZE * sizeof(int));
printf("After: pI = %p\n", pI);
for(i = 0; i < 10; i++)
{
printf("pI[%d] = %d\n", i, pI[i]);
}
free(pI);
free(pS);
return 0;
}
輸出結果如下：
malloc 只負責申請空間，不負責初始化，這里的 pI 指針保存的值均為 0 只是巧合罷了，另外使用 realloc 重置之后，內(nèi)存地址也會改變，pI 指針保存的值也會改變，這里都為 0 同樣也是巧合。
五、小結
- 動態(tài)內(nèi)存分配是 C 語言中的強大功能
- 程序能夠在需要的時候有機會使用更多的內(nèi)存
- malloc 單純的從系統(tǒng)中申請固定字節(jié)大小的內(nèi)存
- calloc 能以類型大小為單位申請內(nèi)存并初始化為0
- realloc 用于重置內(nèi)存大小
到此這篇關于C語言深入探索動態(tài)內(nèi)存分配的使用的文章就介紹到這了,更多相關C語言 動態(tài)內(nèi)存分配內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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