C语言之动态内存管理

关于动态内存管理

关于动态内存管理的函数原型定义在stdlib.h头文件中，Linux系统中该头文件所在路径为：/usr/include/，stdlib.h中定义的与动态内存管理相关函数的原型为：

void *malloc(size_t size);
void *calloc(size_t numElement, size_t elementSize);
void *realloc(void *ptr, size_t size);
void free(void *ptr);

从堆中分配内存

• void *malloc(size_t size)
  malloc函数通过参数指定需要分配的内存大小(单位：字节)，若堆中存在足够内存则返回起始地址，否则返回NULL，示例代码如下：

    #include <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
  
    int main(void) {
        int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
        if (!ptr) {
            printf("out of memory\n");
            return -1;
        }
        /***** do something for ptr here *****/
        free(ptr);  // 释放内存
        ptr = NULL;  // 堆内存释放后指针变量一般置为空指针，避免造成悬空指针（dangling pointer）
        return 0;
    }
  

  从堆中开辟的内存使用完毕必须手动释放归还给堆管理器

• void *calloc(size_t numElement, size_t elementSize)
  calloc函数通过指定元素个数和元素大小分配内存，若堆中存在足够内存则返回起始地址，否则返回NULL，示例代码如下：

    #include <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
  
    int main(void) {
        int *ptr = (int *) calloc(5, sizeof(int));
        if (!ptr) {
            printf("out of memory\n");
            return -1;
        }
        /***** do something for ptr here *****/
        free(ptr);
        ptr = NULL;
        return 0;
    }
  

  但和malloc不同的是calloc会堆开辟的内存进行零初始化，即int *ptr = (int *) calloc(5, sizeof(int));与下述代码等价（memset函数原型定义在string.h中）：

    int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
    if (ptr) {
        memset(ptr, 0, 5 * sizeof(int));
    }
  

• void *realloc(void *ptr, size_t size)
  realloc函数作用为扩大或缩小已分配的堆内存或者NULL，该函数接受两个参数，第一个参数指定要扩大或缩小的内存地址；第二个参数指定扩大或缩小后的内存大小，示例代码如下：

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
  
    int main(void) {
        int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
        if (!ptr) {
            printf("out of memory\n");
            return -1;
        }
        int *tmp_ptr = (int *) realloc(ptr, 10 * sizeof(int));
        if (!tmp_ptr) {
            printf("out of memory\n");
            free(ptr);  // 若不再需要ptr则需释放
            ptr = NULL;
            return -1;
        }
        ptr = tmp_ptr;
        tmp_ptr = NULL;  // 对于动态分配的内存一般保证只有一个引用，否则容易重复释放
        /***** do something for ptr here *****/
        free(ptr);
        ptr = NULL;
        return 0;
    }
  

  使用realloc需要注意的是当内存不足返回为NULL时，realloc不会将参数ptr指向的内存释放，需要人为动手释放，因此不可以写如下代码：

    #include <stdlib.h>
    int main(void) {
        int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
        if (!ptr) {
            printf("out of memory\n");
            return -1;
        }
        ptr = (int *) realloc(ptr, 10 * sizeof(int));
        /*****此处若内存不足realloc返回NULL，ptr将丢失之前malloc分配的内存地址，造成内存泄漏*****/
        return 0;
    }
  

释放内存

• void free(void *ptr)
  free函数的作用是将从堆中分配的内存释放归还给堆，以便后续可以分配给其他的对象，该函数的参数为动态分配内存的地址。使用free函数时要注意，参数必须为malloc、calloc、realloc的返回值或NULL，否则将产生free(): invalid pointer运行时错误，示例代码1如下：

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
  
    int main(void) {
        int a = 99;
        int *ptr = &a;
        free(ptr);  // 产生运行时错误，因为ptr指向栈内存
        ptr = NULL;
        return 0;
    }
  

  示例代码2如下：

    int main(void) {
        int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
        ptr++;
        free(ptr);  // 产生运行时错误，因为ptr已经不指向malloc分配内存的首地址
        ptr = NULL;
        return 0;
    }