malloc，ralloc，calloc工作原理及其区别

首先要了解C语言跟内存分配方式

c语言内存有4G空间，其中1G分配给内核，3G分配给用户，其中3G空间又划分为栈空间,堆空间，数据段以及代码段，

下面先说下各个空间各自的存储内容

　　（1）数据段。里面包括bss（保存为初始化的全局变量），rodata（保存常量），.data（静态数据区，里面全局变量，static修饰变量）。

                  内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。

　　（2）栈空间。在栈上创建，在执行函数时，函数内的局部变量，形参，自动变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存

                 自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。

　　（3）堆空间。亦称动态内存分配。里面包括malloc，ralloc，calloc进行动态分配空间，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。

                 动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活，但问题也最多

今天我要说的就是C语言中动态分配空间的函数malloc，calloc，ralloc及其工作原理。

 

(一)：malloc.

原型

extern void *malloc(unsigned int num_bytes);

头文件

#include <stdlib.h>  #include <malloc.h>

功能

       请求系统动态分配num_bytes个字节的空间，如果分配成功则返回第一个字节的地址，并且可以进行强制类型转换，告诉系统分配

       空间中存储的是那种类型的数据。否则返回空指针NULL。

注意：当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。

 

(二):ralloc

原型：extern void *realloc(void *mem_address,unsigned int newsize);

头文件：#include <stdlib.h>

功能

       先判断当前的指针是否有足够的连续空间，如果有，扩大mem_address指向的地址，并且将mem_address返回，如果空间不够，

       先按照newsize指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来mem_address所指内存区域

     （注意：原来指针是自动释放，不需要使用free），同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。

返回值

       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。

注意

       当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。

使用总结

       1. ralloc失败的时候，返回NULL

       2. ralloc失败的时候，原来的内存不改变，不会释放也不会移动

       3. 假如原来的内存后面还有足够多剩余内存的话，ralloc的内存=原来的内存+剩余内存,ralloc还是返回原来内存的地址;

           假如原来的内存后面没有足够多剩余内存的话，ralloc将申请新的内存，然后把原来的内存数据拷贝到新内存里，原

           来的内存将被free掉,ralloc返回新内存的地址

       4. 如果size为0，效果等同于free()。

       5. 传递给realloc的指针必须是先前通过malloc(), calloc(),或realloc()分配的

       6.传递给realloc的指针可以为空，等同于malloc。

 

(三)calloc

 

函数原型：void *calloc(size_t n, size_t size)； 

头文件 #include <stdlib.h> #include<malloc.h>

功能：

        在内存的动态分配区中分配n个长度为size的连续空间，函数返回一个指向分配起始地址的指针；如果分配不成功，

        返回NULL。

 

在了解了每个函数的基本功能后，说下他们之间的区别

      (1)函数malloc不能初始化所分配的内存空间，也就是说malloc分配好空间后要对所分配的空间进行清理。而函数calloc() 

          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0;如果你是为指针类型的元素分配内存,那么这些元素通常会被初始化为空指针;
      (2)函数malloc向系统申请分配指定size个字节的内存空间.返回类型是 void*类型.void*表示未确定类型的指针. void* 类型

          可以强制转换为任何其它类型的指针.

 

实现原理

         malloc、calloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存连接为一个长长的链表（即所谓的空闲链表）。调用malloc

         函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块，然后将该内存块一分为二（一块的大小与用户申

         请的大小一样，另一块就是剩下的字节），接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话） 

         返回到链表上，调用free函数 时，它将用户释放的内存块连接到空链上，到最后，空闲链表会被切成很多的小内存片段，

         如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可能满足用户要求的片段了，于是malloc函数请求延时，并

         开始在空间中翻箱倒柜的检查内存片段，对它们进行整理，并将相邻的小空闲块合成较大的内存块

         realloc是从堆空间上分配内存，当扩大一块内存空间时，realloc试图直接从现存的数据后面的哪些字节中获得附加的字节，

         如果能够满足，自然天下太平，那么如果后面的字节不够，问题就来了，那么就使用堆上第一个足够满足要求的自由空间块，

         现存的数据然后就被拷贝到新的位置上，而老块则放回堆空间，这句话传递的一个很重要的信息就是数据可能被移