申请内存的函数 C语言, 空间

yuyang911220

来源http://www.examda.com/ncre2/C/jichu/20090830/080930982.html

C语言跟内存申请相关的函数主要有 _alloca,calloc,malloc,free,realloc等,都位于头文件malloc.h中（注意没有alloc函数）
      其中_alloca是向栈申请内存,因此无需释放. malloc分配的内存是位于堆中的,并且没有初始化内存的内容,因此基本上malloc之后,调用函数memset来初始化这部分的内存空间.calloc则将初始化这部分的内存,设置为0. 而realloc则对malloc申请的内存进行大小的调整.申请的内存最终需要通过函数free来释放.
      一、malloc 和 calloc
　　malloc/calloc/free基本上都是C函数库实现的,跟OS无关.C函数库内部通过一定的结构来保存当前有多少可用内存.如果程序 malloc的大小超出了库里所留存的空间,那么将首先调用brk系统调用来增加可用空间,然后再分配空间.free时,释放的内存并不立即返回给os, 而是保留在内部结构中. 可以打个比方: brk类似于批发,一次性的向OS申请大的内存,而malloc等函数则类似于零售,满足程序运行时的要求.这套机制类似于缓冲.
　　使用这套机制的原因: 系统调用不能支持任意大小的内存分配(有的系统调用只支持固定大小以及其倍数的内存申请,这样的话,对于小内存的分配会造成浪费; 系统调用申请内存代价昂贵,涉及到用户态和核心态的转换. 函数malloc()和calloc()都可以用来分配动态内存空间，但两者稍有区别。
　　malloc()函数有一个参数，即要分配的内存空间的大小：
　　void *malloc(size_t size);
　　calloc()函数有两个参数，分别为元素的数目和每个元素的大小，这两个参数的乘积就是要分配的内存空间的大小：
　　void*calloc(size_t numElements，size_t sizeOfElement)；
　　如果调用成功，函数malloc()和calloc()都将返回所分配的内存空间的首地址。
　　malloc() 函数和calloc()函数的主要区别是前者不能初始化所分配的内存空间，而后者能。如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过，则其中的每一位可能都是0；反之，如果这部分内存空间曾经被分配、释放和重新分配，则其中可能遗留各种各样的数据。也就是说，使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常运行，但经过一段时间后(内存空间已被重新分配)可能会出现问题。
　　calloc() 函数会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零，也就是说，如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存，那么这些元素将保证会被初始化为零；如果你是为指针类型的元素分配内存，那么这些元素通常(但无法保证)会被初始化为空指针；如果你是为实数类型的元素分配内存，那么这些元素可能(只在某些计算机中)会被初始化为浮点型的零。
　　malloc() 函数和calloc()函数的另一点区别是calloc()函数会返回一个由某种对象组成的数组，但malloc()函数只返回一个对象。为了明确是为一个数组分配内存空间，有些程序员会选用calloc()函数。但是，除了是否初始化所分配的内存空间这一点之外，绝大多数程序员认为以下两种函数调用方式没有区别：
　　calloc(numElements ，sizeOfElement)；
　　malloc(numElements *sizeOfElement) ；
　　需要解释的一点是，理论上(按照ANSIC标准)指针的算术运算只能在一个指定的数组中进行，但是在实践中，即使C编译程序或翻译器遵循这种规定，许多C 程序还是冲破了这种限制。因此，尽管malloc()函数并不能返回一个数组，它所分配的内存空间仍然能供一个数组使用(对realloc()函数来说同样如此，尽管它也不能返回一个数组)。
　　总之，当你在calloc()函数和malloc()函数之间作选择时，你只需考虑是否要初始化所分配的内存空间，而不用考虑函数是否能返回一个数组。
　　当程序运行过程中malloc了,但是没有free的话,会造成内存泄漏.一部分的内存没有被使用,但是由于没有free,因此系统认为这部分内存还在使用,造成不断的向系统申请内存,是的系统可用内存不断减少.但是,内存泄漏仅仅指程序在运行时,程序退出时,OS将回收所有的资源.因此,适当的重起一下程序,有时候还是有点作用.
二、realloc
      void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize)
realloc更改以前分配区的长度(增加或减少)。当增加长度时，可能需将以前分配区的内容移到另一个足够大的区域，而新增区域内的初始值则不确定。减少时，则被减少的那一部分的内容会丢失。如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。 当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。
      1、如果有足够空间用于扩大mem_address指向的内存块，则分配额外内存，并返回mem_address
　　这里说的是“扩大”，我们知道，realloc是从堆上分配内存的，当扩大一块内存空间时， realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节，如果能够满足，自然天下太平。也就是说，如果原先的内存大小后面还有足够的空闲空间用来分配，加上原来的空间大小＝ newsize。那么就ok。得到的是一块连续的内存。　　2、如果原先的内存大小后面没有足够的空闲空间用来分配，那么从堆中另外找一块newsize大小的内存。　　并把原来大小内存空间中的内容复制到newsize中。返回新的mem_address指针。（数据被移动了）。　　老块被放回堆上。　　例如：　　#include <malloc.h>　　void main()　　{　　char *p，*q;　　p = (char * ) malloc (10);　　q=p;　　p = (char * ) realloc (q,20); //A　　…………………………　　}　　在这段程序中我们增加了指针q，用它记录了原来的内存地址p。这段程序可以编译通过，但在执行到A行时，如果原有内存后面没有足够空间将原有空间扩展成一个连续的新大小的话，realloc函数就会以第二种方式分配内存，此时数据发生了移动，那么所记录的原来的内存地址q所指向的内存空间实际上已经放回到堆上了!这样就会产生q指针的指针悬挂，如果再用q指针进行操作就可能发生意想不到的问题。所以在应用realloc函数是应当格外注意这种情况。　　3、返回情况　　返回的是一个void类型的指针，调用成功。（这就再你需要的时候进行强制类型转换）　　返回NULL，当需要扩展的大小（第二个参数）为0并且第一个参数不为NULL，此时原内存变成了“freed（游离）”的了。　　返回NULL，当没有足够的空间可供扩展的时候，此时，原内存空间的大小维持不变。　　4、特殊情况　　如果mem_address为null，则效果与realloc()和malloc()类似。分配一个newsize的内存块，返回一个指向该内存块的指针。　　如果newsize大小为0，那么效果等同于free(),释放mem_address指向的内存，并返回null。　　如果没有足够可用的内存用来完成重新分配（扩大原来的内存块或者分配新的内存块），则返回null.而原来的内存块保持不变。