c語言深度剖析(38)—C語言中的動態內存分配

1.動態內存分配的意義

C語言中的—切操作都是基於內存的
變量和數組都是內存的別名
- 內存分配由編譯器在編譯期間決定
- 定義數組的時候必須指定數組長度
- 數組長度是在編譯期就必須確定的
需求：程序運行的過程中，可能需要使用—些額外的內存空間。

2.malloc和free

malloc和free用於執行動態內存分配和釋放

malloc所分配的是—塊連續的內存（虛擬內存）
malloc以字節爲單位，並且不帶任何的類型信息
free用於將動態內存歸還系統
- void *malloc(size_t size);
- void free(void *pointer);

3.注意

malloc和free是庫函數，而不是系統調用
malloc實際分配的內存可能會比請求的多
不能依賴於不同平臺下的malloc行爲
當請求的動態內存無法滿足時malloc返回NULL
當free的參數爲NULL時，函數直接返回

4.思考

malloc(0); 將返回什麼？

#include <stdio.h>    
#include <malloc.h>    
 
int main()    
{
    int *p=(int *)malloc(0);  
 
    printf("%p\n",p);  
 
    free(p);   
 
    return 0;    
}

運行結果：
可以看到，返回了具體的地址。
我們所說的內存包括起始地址和長度。我們平時說內存的時候更多的是關注起始地址，而忽略了長度。
如果動態的綜合這兩部，我們使用malloc(0)返回了一個地址就不會奇怪了，因爲這塊內存的長度是0。這塊內存我們可能無法正常使用，因爲長度是0。
我們如果不停的malloc(0)，會使系統的內存耗盡嗎？
答案是會的，因爲我們malloc的時候，得到的內存往往要比實際申請的大。
現在的內存申請一般都是四字節對齊的。
因此，malloc(0)也要使用free來釋放這片內存。

5.實例分析

內存泄漏檢測模塊
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

mleak.c

#include "mleak.h"

#define SIZE 256

/* 動態內存申請參數結構體 */
typedef struct
{
	void *pointer;
	int size;
	const char *file;
	int line;
} MItem;

static MItem g_record[SIZE]; /* 記錄動態內存申請的操作 */

void *mallocEx(size_t n, const char *file, const line)
{
	void *ret = malloc(n); /* 動態內存申請 */

	if (ret != NULL)
	{
		int i = 0;

		/* 遍歷全局數組，記錄此次操作 */
		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;

		/* 遍歷全局數組，釋放內存空間，並清除操作記錄 */
		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");

	/* 遍歷全局數組，打印未釋放的空間記錄 */
	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);
		}
	}
}

主程序如下：

#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;
}

運行結果如下：

我們將第19行釋放p的語句也註釋掉，再次運次：

6.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的參數代表所返回內存的類型信息
- calloc會將返回的內存初始化爲0
realloc用於修改—個原先已經分配的內存塊大小
- 在使用realloc之後應該使用其返回值
- 當pointer的第—個參數爲NULL時，等價於malloc


#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define SIZE 5

int 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;
}