1 动态内存分配的意义
- C 语言中的一切操作都是基于内存的
- 变量和数组都是内存的别名
- 内存分配由编译器在编译期间决定
- 定义数组的时候必须指定数组的长度
- 数组长度是在编译期就必须确定的
可能除了在编译之前就确定数组的大小，还有别的需求：程序运行的过程中，可能需要使用一些额外的内存空间。
2 malloc 和 free
- malloc 和 free 用于执行动态内存分配和释放
- malloc 所分配的是一块连续的内存
- malloc 以字节为单位，并且不带有任何的类型信息
- free 用于将动态内存归还系统
void* malloc(size_t size);
void free(void* pointer);
注意：
- malloc 和 free 是库函数，而不是系统调用
- malloc 实际分配的内存可能会比请求的多
- 不能依赖于不同平台下的 malloc 行为
- 当请求的动态内存无法满足时，malloc 返回 NULL
- 当 free 的参数为 NULL时，函数直接返回
malloc 实际分配的内存可能会比请求的多：会多出记录大小的头；另外，CPU 访问内存是按照一种内存对齐的方式来访问的，所以一般申请的内存都是对齐内存的整数倍。
2.1 malloc(0) 探究
现在有个问题：malloc(0); 将返回什么？
下面来实验一下，
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(0);
printf("p = %p\n", p);
free(p);
return 0;
}
$ gcc 38-1.c -o 38-1
$ ./38-1
p = 0x560636319260
可以看到，返回了具体的地址
- 我们所说的内存包括起始地址和长度。平时我们说的内存更多的是关注了起始地址，而忽略的长度
- 综合起始地址和长度，我们使用 malloc(0) 返回一个地址就不奇怪了，因为这块内存的长度是 0，我们无法使用这块内存，因为长度是 0。
如果我们不停的 malloc(0)，会导致系统的资源耗尽吗？
- 答案是会的，因为我们 malloc 的时候，得到的内存往往要比实际申请的大，现在内存申请一般是 8 字节对齐
- 不管 malloc 的参数类型是多大，都需要使用 free 释放内存
2.2 内存漏泄检测模块
// 38-1.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 int line);
void freeEx(void* p);
void PRINT_LEAK_INFO();
#endif
#include "mleak.h"
#define SIZE 256
/* 动态内存申请参数结构体 */
typedef struct
{
void* pointer;
int size;
const char* file;
int line;
} MItem;
static MItem g_record[SIZE]; //记录动态内存申请的操作
void* mallocEx(size_t n, const char* file, const int line)
{
void* ret = malloc(n); // 动态内存申请
if( ret != NULL )
{
int i = 0;
for(i=0; i<SIZE; i++)
{
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;
/* 遍历全局数组，释放内存空间，并清除操作记录 */
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");
/* 遍历全局数组，打印未释放的空间记录 */
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);
}
}
}
$ gcc 38-1.c mleak.c -o 38-1
$ ./38-1
Potential Memory Leak Info:
Address: 0x561a0b93f280, size:100, Location: 38-1.c:6
3 calloc 和 realloc
void* calloc(size_t num, size_t size);
void* realloc(void* pointer, size_t new_size);
- calloc 的参数代表所返回内存的类型信息（第二个参数 size 代表的类型信息）
- calloc 会将返回的内存初始化为 0
- realloc 用于修改一个原来已经分配的内存块大小
- 在使用 realloc 之后应该是使用其返回值
- 当 pointer 的第一个参数为 NULL 时，等价于 malloc
实例分析：calloc 和 realloc 的使用
// 38-2.c
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#define SIZE 5
int main()
{
int i = 0;
int* pI = (int*)malloc(SIZE * sizeof(int));
int* pS = (int*)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 = realloc(pI, 2 * SIZE * sizeof(int));
printf("After: pI = %p\n", pI);
for ( i = 0; i < 2 * SIZE; i++)
{
printf("pI[%d] = %d\n", i, pI[i]);
}
return 0;
}
分析：
pI 使用 malloc 申请内存，随机初始化，pS 使用 calloc 初始化，内存初始化为 0。
使用 realloc 修改原来内存分配的空间，如果扩大了空间，原来的内存值不改变，新增加的空间内存随机初始化。
首先使用 gcc 编译器变异，结果如下：
pI 和 pS 的初始化都是 0，这是 Linux 的巧合，我们再使用 vs 编译器尝试一下。
可以看到，使用 malloc 申请的内存随机初始化，使用 realloc 申请的内存初始化为 0。
使用 realloc 修改内存空间，原来的内存值不改变，新增加的空间内存随机初始化。
4 小结
1、动态内存分配是 C 语言中的强大功能
2、程序能够在需要的时候有机会使用更多的内存
3、malloc 单纯的从系统中申请固定字节大小的内存
4、calloc 能以类型大小为单位申请内存并初始化为 0
5、realloc 用于重置内存大小
