动态内存分配

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长度；
  • 数组长度是在编译期就必须确定的。

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（不会对内存进行初始化）。
• malloc以字节为单位，并且不带任何的类型信息
• free用于将动态内存归还系统。
  
  • void* mallic(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（可能内存已耗尽或者依次申请的内存字节数太大）malloc返回NULL。
• 当free的参数为NULL时，函数直接返回。

思考：
malloc(0);将返回什么？

分析：malloc(0)是成功的，理论上来说内存是有起始地址和长度这两种属性的。成功的返回值了起始地址，但是长度为0，因此不能使用。但是实际，可能会返回的比申请的多，所以成功分配并且能够使用。

实例分析：内存泄漏检测模块

main.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.c

#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 line){    void* ret = malloc(n); /* 动态内存申请 */    if( ret != NULL )    {        int i = 0;        /* 遍历全局数组，记录此次操作 */        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);        }    }}

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

3 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的参数代表所返回内存的内存信息：calloc会将返回的内存初始化为0。
• realloc用于修改一个原先已经分配的内存块大小（不会对扩大的内存进行初始化）：
  
  • 在使用realloc之后应使用其返回值；
  • 当pointer的第一个参数为NULL，等价于malloc。

实例分析：calloc和realloc的使用

#include <stdio.h>#include <malloc.h>#define SIZE 5int 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;}

小结

• 动态内存分配是C语言中的强大功能。
• 程序能够在需要的时候有机会使用更多的内存。
• malloc单纯的从系统中申请固定字节大小的内存，不会进行初始化。
• calloc能以类型大小为单位申请内存并初始化为0。
• realloc用于重置内存大小，扩展出来的部分不会初始化，值是随机的。