28 动态内存分配

目录

• 1 动态内存分配的意义
• 2 malloc 和 free
• 3 calloc 和 realloc

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 用于执行动态分配内存和释放

  

• malloc 所分配的是一块连续的内存

• 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* malloc(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——为了移植性
  • 当请求的动态内存无法满足时，malloc 返回 NULL
  • 当 free 的参数为 NULL 时，函数直接返回

• 问题1：malloc(0); 将会返回什么？

  • Demo

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

  • 运行结果 => malloc(0)是合法的，但申请的内存长度为0

    p = 0x895a008
    

• 问题2：如果不断地执行 malloc(0); 但是不进行内存释放，会产生内存泄漏么？

  • 会：malloc 实际分配的内存可能会比请求的多，malloc(0); 可能得到的内存是 4 个字节大小

• 实例：内存泄漏检测模块

  • Demo

    #include <stdio.h>
    #include "mleak.h"
    
    void f()
    {
        MALLOC(100);  //自定义的malloc函数，这里没有进行内存释放
    }
    
    int main()
    {
        int* p = (int*)MALLOC(3 * sizeof(int));
        
        f();
        
        p[0] = 1;
        p[1] = 2;
        p[2] = 3;
        
        FREE(p);  //自定义的free函数
        
        PRINT_LEAK_INFO();  //打印当前内存泄漏的信息
        
        return 0;
    }
    
    
    //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
    
    /* 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:
    ");
        
        /* 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
    ", g_record[i].pointer, g_record[i].size, g_record[i].file, g_record[i].line);
            }
        }
    }
    

  • 运行

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类型信息

• 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

  • 在使用 realloc 之后应该使用其返回值
  • 当 pointer 的**第一个参数为 NULL 时，等价于 malloc **

• 对比

  • malloc 单纯地从系统中申请固定字节大小的内存
  • 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，如果内存重置为一个更大的内存空间，扩充的部分为随机值

• 示例：calloc 和 realloc 的使用

  • Demo

    #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
    ", i, pI[i], i, pS[i]);
        }
        
        printf("Before: pI = %p
    ", pI);
        
        pI = (int*)realloc(pI, 2 * SIZE * sizeof(int));
        
        printf("After: pI = %p
    ", pI);
        
        for(i=0; i<10; i++)
        {
            printf("pI[%d] = %d
    ", i, pI[i]);
        }
        
        free(pI);
        free(pS);
        
        return 0;
    }
    

  • GCC 编译运行

    pI[0] = 0,pS[0] = 0
    pI[1] = 0,pS[1] = 0
    pI[2] = 0,pS[2] = 0
    pI[3] = 0,pS[3] = 0
    pI[4] = 0,pS[4] = 0
    Before : pI = 0x9241008
    After : pI = 0x9241438
    pI[0] = 0
    pI[1] = 0
    pI[2] = 0
    pI[3] = 0
    pI[4] = 0
    pI[5] = 0
    pI[6] = 0
    pI[7] = 0
    pI[8] = 0
    pI[9] = 0
    

  • VS 编译运行

    pI[0] = -842150451, pS[0] = 0
    pI[1] = -842150451, pS[1] = 0
    pI[2] = -842150451, pS[2] = 0
    pI[3] = -842150451, pS[3] = 0
    pI[4] = -842150451, pS[4] = 0
    Before: pI = 014B5650
    After: pI = 014B5650
    pI[0] = -842150451
    pI[1] = -842150451
    pI[2] = -842150451
    pI[3] = -842150451
    pI[4] = -842150451
    pI[5] = -842150451
    pI[6] = -842150451
    pI[7] = -842150451
    pI[8] = -842150451
    pI[9] = -842150451