malloc()和free()的基本概念以及基…
2014-01-21 15:26
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那么今天就来点题外话,谈谈malloc()和free()
malloc()和free()的基本概念以及基本用法
1. 函数原型及说明:void *malloc(long
NumBytes):该函数分配了NumBytes个字节,并返回了指向这块内存的指针。如果分配失败,则返回一个空指针(NULL)。
关于分配失败的原因,应该有多种,比如说空间不足就是一种。
void free(void *FirstByte):
该函数是将之前用malloc分配的空间还给程序或者是操作系统,也就是释放了这块内存,让它重新得到自由。2. 函数的用法:
其实这两个函数用起来倒不是很难,也就是malloc()之后觉得用够了就甩了它把它给free()了,举个简单例子:
01 | // Code... |
02 | char *Ptr = NULL; |
03 | Ptr = ( char *) malloc (100 * sizeof ( char )); |
04 | if (NULL == Ptr) |
05 | { |
06 | exit (1); |
07 | } |
08 | gets (Ptr); |
09 | // code... |
10 | free (Ptr); |
11 | Ptr = NULL; |
12 | // code... |
申请了内存空间后,必须检查是否分配成功。
当不需要再使用申请的内存时,记得释放;释放后应该把指向这块内存的指针指向NULL,防止程序后面不小心使用了它。
这两个函数应该是配对。如果申请后不释放就是内存泄露;如果无故释放那就是什么也没有做。释放只能一次,如果释放两次及两次以上会出现错误(释放空指针例外,释放空指针其实也等于啥也没做,所以释放空指针释放多少次都没有问题)。
虽然malloc()函数的类型是(void *),任何类型的指针都可以转换成(void
*),但是最好还是在前面进行强制类型转换,因为这样可以躲过一些编译器的检查。
malloc()到底从哪里得来了内存空间?
1.malloc()到底从哪里得到了内存空间?答案是从堆里面获得空间。也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时,就会遍历该链表,然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后就将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序。就是这样!
说到这里,不得不另外插入一个小话题,相信大家也知道是什么话题了。什么是堆?说到堆,又忍不住说到了栈!什么是栈?下面就另外开个小部分专门而又简单地说一下这个题外话:
什么是堆:堆是大家共有的空间,分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间,局部堆就是用户分配的空间。堆在操作系统对进程
初始化的时候分配,运行过程中也可以向系统要额外的堆,但是记得用完了要还给操作系统,要不然就是内存泄漏。
什么是栈:栈是线程独有的,保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化,每个线程的栈互相独立。每个函数都有自己的栈,栈被用来在函数之间传递参数。操作系统在切换线程的时候会自动的切换栈,就是切换SS/ESP寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。
以上的概念描述是标准的描述,不过有个别语句被我删除,不知道因为这样而变得不标准了。
通过上面对概念的描述,可以知道:
栈是由编译器自动分配释放,存放函数的参数值、局部变量的值等。操作方式类似于数据结构中的栈。
堆一般由程序员分配释放,若不释放,程序结束时可能由OS回收。注意这里说是可能,并非一定。所以我想再强调一次,记得要释放。
注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表。(这点我上面稍微提过)
所以,举个例子,如果你在函数上面定义了一个指针变量,然后在这个函数里申请了一块内存让指针指向它。实际上,这个指针的地址是在栈上,但是它所指向的内容却是在堆上面的。所以,再想想,在一个函数里申请了空间后,比如说下面这个函数:
1 | void Function( void ) |
2 | { |
3 | char *p = ( char *) malloc (100 * sizeof ( char )); |
4 | } |
free()释放的是指针指向的内存。注意,释放的是内存,不是指针。这点非常非常重要。指针是一个变量,只有程序结束时才被销毁。释放了内存空间后,原来指向这块空间的指针还是存在。只不过现在指针指向的内容的垃圾,是未定义的。因此,前面我已经说过了,释放内存后把指针指向NULL,防止指针在后面不小心又被解引用了。
malloc()以及free()的机制
free()函数非常简单,只有一个参数,只要把指向申请空间的指针传递给free()中的参数就可以完成释放工作。这里要追踪到malloc()的申请问题了。申请的时候实际上占用的内存要比申请的大。因为超出的空间是用来记录对这块内存的管理信息。先看一下在《UNIX环境高级编程》中第七章的一段话:大多数实现所分配的存储空间比所要求的要稍大一些,额外的空间用来记录管理信息——分配块的长度,指向下一个分配块的指针等等。这就意味着如果写过一个已分配区的尾端,则会改写后一块的管理信息。这种类型的错误是灾难性的,但是因为这种错误不会很快就暴露出来,所以也就很难发现。将指向分配块的指针向后移动也可能会改写本块的管理信息。
malloc()申请的空间实际我觉得就是分了两个不同性质的空间。一个就是用来记录管理信息的空间,另外一个就是可用空间了。而用来记录管理信息的实际上是一个结构体。在C语言中,用结构体来记录同一个对象的不同信息是天经地义的事。下面看看这个结构体的原型:
1 | struct mem_control_block |
2 | { |
3 | int is_available; //这是一个标记? |
4 | int size; //这是实际空间的大小 |
5 | }; |
总结:free()其实只是将分配的内存归还给操作系统,让其可以再malloc。但是对于其原先malloc时的指针不会有任何影响。free()后一定要将指针置为NULL。
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