最近筆試老是遇到關於C語言的malloc,new之類的內存機制問題，作爲一個做java開發的程序員不免有些鬱悶，駕馭不了。乘空閒下來的這些時間，好好整理下C語言中各個內存函數的簡單機制，作用和區別：
C語言內存分配方式
（1） 從靜態存儲區域分配。內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。
（2） 在棧上創建。在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。
（3）從堆上分配，亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態內存的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多
C語言的內存申請函數
C語言跟內存申請相關的函數主要有 alloca,calloc,malloc,free,realloc,sbrk等.
其中alloca是向棧申請內存,因此無需釋放. malloc分配的內存是位於堆中的,並且沒有初始化內存的內容,因此基本上malloc之後,調用函數memset來初始化這部分的內存空間.
calloc則將初始化這部分的內存,設置爲0. 而realloc則對malloc申請的內存進行大小的調整.申請的內存最終需要通過函數free來釋放. 而sbrk則是增加數據段的大小;
malloc/calloc/free基本上都是C函數庫實現的,跟OS無關.C函數庫內部通過一定的結構來保存當前有多少可用內存.如果程序malloc的大小超出了庫裏所留存的空間,那麼將首先調用brk系統調用來增加可用空間,然後再分配空間.free時,釋放的內存並不立即返回給os,而是保留在內部結構中. 可以打個比方: brk類似於批發,一次性的向OS申請大的內存,而malloc等函數則類似於零售,滿足程序運行時的要求.這套機制類似於緩衝.
malloc的機制及與calloc的區別
malloc的底層機制是：操作系統中有一個記錄空閒內存地址的鏈表。當操作系統收到程序的申請時，就會遍歷該鏈表，然後就尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，然後就將該結點從空閒結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序。
malloc()函數有一個參數，即要分配的內存空間的大小：
Void *malloc(size_t size);
這裏，返回類型是 void* 類型。void* 表示未確定類型的指針。C,C++規定，void* 類型可以強制轉換爲任何其它類型的指針。而malloc()函數爲動態內存分配，原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes); 分配長度爲num_bytes字節的內存塊。如果分配成功則返回指向被分配內存的指針，分配失敗返回空指針NULL。當內存不再使用時，應使用free()函數將內存塊釋放。動態創建的對象可以用初始化變量的方式初始化：int *pi=new int(100); //指針pi所指向的對象初始化爲100，string *ps=new string(10,’9’);//*ps 爲“9999999999”
如果不提供顯示初始化，對於類類型，用該類的默認構造函數初始化；而內置類型的對象則無初始化。也可以對動態創建的對象做值初始化：int *pi=new int( );//初始化爲0，int *pi=new int;//pi 指向一個沒有初始化的int，string *ps=new string( );//初始化爲空字符串 （對於提供了默認構造函數的類類型，沒有必要對其對象進行值初始化）。
calloc()函數有兩個參數，分別爲元素的數目和每個元素的大小，這兩個參數的乘積就是要分配的內存空間的大小：
void*calloc(size_t numElements，size_t sizeOfElement)；
如果調用成功，函數malloc()和calloc()都將返回所分配的內存空間的首地址。
malloc() 函數和calloc()函數的主要區別是前者不能初始化所分配的內存空間，而後者能。如果由malloc()函數分配的內存空間原來沒有被使用過，則其中 的每一位可能都是0；反之，如果這部分內存空間曾經被分配、釋放和重新分配，則其中可能遺留各種各樣的數據。也就是說，使用malloc()函數的程序開 始時(內存空間還沒有被重新分配)能正常運行，但經過一段時間後(內存空間已被重新分配)可能會出現問題。
calloc() 函數會將所分配的內存空間中的每一位都初始化爲零，也就是說，如果你是爲字符類型或整數類型的元素分配內存，那麼這些元素將保證會被初始化爲零；如果你是 爲指針類型的元素分配內存，那麼這些元素通常(但無法保證)會被初始化爲空指針；如果你是爲實數類型的元素分配內存，那麼這些元素可能(只在某些計算機 中)會被初始化爲浮點型的零。
malloc() 函數和calloc()函數的另一點區別是calloc()函數會返回一個由某種對象組成的數組，但malloc()函數只返回一個對象。爲了明確是爲一 個數組分配內存空間，有些程序員會選用calloc()函數。但是，除了是否初始化所分配的內存空間這一點之外，絕大多數程序員認 爲以下兩種函數調用方式沒有區別：
calloc(numElements ，sizeOfElement)；
malloc(numElements *sizeOfElement) ；
當你在calloc()函數和malloc()函數之間作選擇時，你只需考慮是否要初始化所分配的內存空間，而不用考慮函數是否能返回一個數組。
當程序運行過程中malloc了,但是沒有free的話,會造成內存泄漏.一部分的內存沒有被使用,但是由於沒有free,因此係統認爲這部分內存還在使用,造成不斷的向系統申請內存,是的系統可用內存不斷減少.但是,內存泄漏僅僅指程序在運行時,程序退出時,OS將回收所有的資源.因此,適當的重起一下程序,有時候還是有點作用.
malloc分配內存時需要注意的問題：
1）申請了內存空間後，必須檢查是否分配成功。
2）當不需要再使用申請的內存時，記得釋放；釋放後應該把指向這塊內存的指針指向NULL，防止程序後面不小心使用了它。
3）這兩個函數應該是配對。如果申請後不釋放就是內存泄露；如果無故釋放那就是什麼也沒有做。釋放只能一次，如果釋放兩次及兩次以上會出現錯誤（釋放空指針例外，釋放空指針其實也等於啥也沒做，所以釋放空指針釋放多少次都沒有問題）。
4）雖然malloc()函數的類型是(void *),任何類型的指針都可以轉換成(void *),但是最好還是在前面進行強制類型轉換，因爲這樣可以躲過一些編譯器的檢查。
5）一旦刪除了指針所指的對象，立即將指針置爲0，這樣就非常清楚的指明指針不再指向任何對象。（零值指針：int *ip=0;）
malloc和new的區別
1）malloc與free是C++/C語言的標準庫函數，new/delete是C++的運算符。它們都可用於申請動態內存和釋放內存。
2）對於非內部數據類型的對象而言，光用maloc/free無法滿足動態對象的要求。對象在創建的同時要自動執行構造函數，對象在消亡之前要自動執行析構函數。由於malloc/free是庫函數而不是運算符，不在編譯器控制權限之內，不能夠把執行構造函數和析構函數的任務強加於malloc/free。
3）內存泄漏對於malloc或者new都可以檢查出來的，區別在於new可以指明是那個文件的那一行，而malloc沒有這些信息。
4）new可以認爲是malloc加構造函數的執行。new出來的指針是直接帶類型信息的，而malloc返回的都是void指針。
希望這篇文章能給在學C的你或者在找工作的你一些幫助
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最後再討論下一道題：
malloc的內存free後什麼情況內存不被os回收（15騰訊筆試題）
1）來自知乎大神的回答：
若是glibc（C語言運行庫），你所free掉的內存，不一定會馬上被OS回收，這是合理的。試想一下，你每次free掉的內存都還給OS的話，尤其是在小字節的情況下，那麼造成的情況，就是一大塊的內存被你弄的千瘡百孔，也就是說一塊內存，裏面有很多gap。而在操作系統的虛擬內存管理中，更是管理着的是固定大小的內存，如4K，那你還給我1 Byte，OS顯然是很尷尬的。於是爲了避免這樣的問題，那麼內存管理一般會有一個free block list，free掉的東西就放在這裏來。那麼你可能會釋放很散亂的內存過來，沒關係，我們在這裏會嘗試合併這些散亂的block，而malloc首先找的也是free block list，而非從OS申請新的內存。那麼此時如果找到了一塊兒合適的自然最好，如果找到的是比要的更大，那麼一部分malloc，另一部分放回去。而上面有同學提到了小內存的問題，而這也是free block list在頭部會有一些所謂的administrative data，所以用標準的malloc和free管理小內存是不高效，因爲越小越容易造成gap。
簡單點講，就是free後的內存有時不會給os，而是留給程序，下次申請內存時就申請這塊內存。