内存管理之malloc、free、calloc和realloc

内存区域可以分为栈，堆，静态存储区和常量存储区。局部变量，函数形参，临时变量都是在栈上获得内存的，它们获取的方式都是由编译器自动执行的。
C 标准函数库提供了许多函数来实现对堆上内存管理，其中包括：malloc函数，free函数，calloc函数和realloc函数。使用这些函数需要包含头文件stdlib.h

1.malloc函数

malloc函数可以从堆上获得指定字节的内存空间，其函数声明如下：

void * malloc(int n);

其中，形参n为要求分配的字节数。如果函数执行成功，malloc返回获得内存空间的首地址；如果函数执行失败，那么返回值为NULL。由于malloc函数值的类型为void型指针，因此，可以将其值类型转换后赋给任意类型指针，这样就可以通过操作该类型指针来操作从堆上获得的内存空间。

需要注意的是,malloc函数分配得到的内存空间是未初始化的。因此，一般在使用该内存空间时，要调用另一个函数memset来将其初始化为全0。memset函数的声明如下：

    void * memset (void * p,int c,int n) ;

该函数可以将指定的内存空间按字节单位置为指定的字符c。其中，p为要清零的内存空间的首地址，c为要设定的值，n为被操作的内存空间的字节长度。如果要用memset清0，变量c实参要为0。

注意：通过malloc函数得到的堆内存必须使用memset函数来初始化。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>int main(){int * p = NULL;p = (int *) malloc(sizeof(int));if (NULL == p) {printf("Can't get memory!\n");return -1;}printf("%d\n", *p);           //输出分配的空间上的值memset(p, 0, sizeof(int));     //将p指向的空间清0printf("%d\n", *p);           //输出调用memset函数后的结果*p = 2;printf("%d\n", *p);return 0;}

2. free函数


       从堆上获得的内存空间在程序结束以后，系统不会将其自动释放，需要程序员来自己管理。一个程序结束时，必须保证所有从堆上获得的内存空间已被安全释放，否则，会导致内存泄露。例如上面的demo就会发生内存泄露。

free函数可以实现释放内存的功能。其函数声明为：

void free (void * p);

由于形参为void指针，free函数可以接受任意类型的指针实参。
但是，free函数只是释放指针指向的内容，而该指针仍然指向原来指向的地方，此时，指针为野指针，如果此时操作该指针会导致不可预期的错误。安全做法是：在使用free函数释放指针指向的空间之后，将指针的值置为NULL。因此，对于上面的demo，需要在return

语句前加入以下两行语句：

free(p);
p=NULL;


注意：使用malloc函数分配的堆空间在程序结束之前必须释放。


3. calloc函数


calloc函数的功能与malloc函数的功能相似，都是从堆分配内存。其函数声明如下：

void *calloc(int n,int size);

函数返回值为void型指针。如果执行成功，函数从堆上获得size X n的字节空间，并返回该空间的首地址。如果执行失败，函数返回NULL。该函数与malloc函数的一个显著不同时是，calloc函数得到的内存空间是经过初始化的，其内容全为0。calloc函数适合为数组申请空间，可以将size设置为数组元素的空间长度，将n设置为数组的容量。


4. realloc函数


realloc函数的功能比malloc函数和calloc函数的功能更为丰富，可以实现内存分配和内存释放的功能，其函数声明如下：

void * realloc(void * p,int n);

其中，指针p必须为指向堆内存空间的指针，即由malloc函数、calloc函数或realloc函数分配空间的指针。realloc函数将指针p指向的内存块的大小改变为n字节。如果n小于或等于p之前指向的空间大小，那么。保持原有状态不变。如果n大于原来p之前指向的空间大小，那么，系统将重新为p从堆上分配一块大小为n的内存空间，同时，将原来指向空间的内容依次复制到新的内存空间上，p之前指向的空间被释放。relloc函数分配的空间也是未初始化的。

注意：使用malloc函数，calloc函数和realloc函数分配的内存空间都要使用free函数或指针参数为NULL的realloc函数来释放。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int main() {int *p = NULL;p = (int *)malloc(sizeof(int));*p = 3;printf("p=%p\n", p);printf("*p=%d\n", *p);p = (int *)realloc(p, sizeof(int));printf("p=%p\n", p);printf("*p=%d\n", *p);p = (int *)realloc(p, sizeof(int)*3);printf("p=%p\n", p);printf("*p=%d\n", *p);//释放p指向的空间realloc(p, 0);p = NULL;return 0;}

运行结果：

p=00A42A88*p=3p=00A42A88*p=3p=00A40F00*p=3

注意：如果要使用realloc函数分配的内存，必须使用memset函数对其内存初始化。