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[转载]C语言动态内存分配malloc/realloc/calloc  

2014-06-05 04:28:09|  分类: C语言 |  标签: |举报 |字号 订阅

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★C语言函数malloc

malloc 向系统申请分配指定size个字节的内存空间。返回类型是 void* 类型。void* 表示未确定类型的指针。C,C++规定,void* 类型可以强制转换为任何其它类型的指针。
函数原型:extern void *malloc(unsigned int num_bytes);
  头文件:在TC2.0中可以用malloc.h或 alloc.h (注意:alloc.h 与 malloc.h 的内容是完全一致的),而在Visual C++6.0中可以用malloc.h或者stdlib.h。
  功能:分配长度为num_bytes字节的内存块
  返回值:如果分配成功则返回指向被分配内存的指针,否则返回空指针NULL。当内存不再使用时,应使用free()函数将内存块释放。
  说明:关于该函数的原型,在旧的版本中malloc返回的是char型指针,新的ANSIC标准规定,该函数返回为void型指针,因此必要时要进行类型转换。
函数声明

  void *malloc(int size);
  说明:malloc 向系统申请分配指定size个字节的内存空间。返回类型是 void* 类型。void* 表示未确定类型的指针。C,C++规定,void* 类型可以强制转换为任何其它类型的指针。
  从函数声明上可以看出。malloc 和 new 至少有两个不同: new 返回指定类型的指针,并且可以自动计算所需要大小。比如:
  int *p;
  p = new int; //返回类型为int* 类型(整数型指针),分配大小为 sizeof(int);
  或:
  int* parr;
  parr = new int [100]; //返回类型为 int* 类型(整数型指针),分配大小为 sizeof(int) * 100;
  而 malloc 则必须由我们计算要字节数,并且在返回后强行转换为实际类型的指针。
  int* p;
  p = (int *) malloc (sizeof(int));
  第一、malloc 函数返回的是 void * 类型,如果你写成:p = malloc (sizeof(int)); 则程序无法通过编译,报错:“不能将 void* 赋值给 int * 类型变量”。所以必须通过 (int *) 来将强制转换。
  第二、函数的实参为 sizeof(int) ,用于指明一个整型数据需要的大小。如果你写成:
  int* p = (int *) malloc (1);
  代码也能通过编译,但事实上只分配了1个字节大小的内存空间,当你往里头存入一个整数,就会有3个字节无家可归,而直接“住进邻居家”!造成的结果是后面的内存中原有数据内容全部被清空。
  malloc 也可以达到 new [] 的效果,申请出一段连续的内存,方法无非是指定你所需要内存大小。
  比如想分配100个int类型的空间:
  int* p = (int *) malloc ( sizeof(int) * 100 ); //分配可以放得下100个整数的内存空间。
  另外有一点不能直接看出的区别是,malloc 只管分配内存,并不能对所得的内存进行初始化,所以得到的一片新内存中,其值将是随机的。
  除了分配及最后释放的方法不一样以外,通过malloc或new得到指针,在其它操作上保持一致。
  对其做一个特例补充
  char *ptr;
  if ((ptr = (char *)malloc(0)) == NULL)
  puts("Got a null pointer");
  else
  puts("Got a valid pointer");
  此时得到的是Got a valid pointer。把0赋给malloc能得到一个合法的指针。
函数工作机制:
    malloc函数的实质体现在,它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。调用malloc函数时,它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后,将该内存块一分为二(一块的大小与用户请求的大小相等,另一块的大小就是剩下的字节)。接下来,将分配给用户的那块内存传给用户,并将剩下的那块(如果有的话)返回到连接表上。调用free函数时,它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后,空闲链会被切成很多的小内存片段,如果这时用户申请一个大的内存片段,那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。于是,malloc函数请求延时,并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段,对它们进行整理,将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。
★C语言函数calloc
 
函数简介
  函数名: calloc
  功 能: 在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间,函数返回一个指向分配起始地址的指针;如果分配不成功,返回NULL。
  跟malloc的区别:
  calloc在动态分配完内存后,自动初始化该内存空间为零,而malloc不初始化,里边数据是随机的垃圾数据。
  用 法: void *calloc(unsigned n,unsigned size);//分配n个长度为size的连续空间
  头文件:stdlib.h或malloc.h
 
 
应用举例
  程序例1:
  #include <stdlib.h>
  #include<string.h>
  #include <stdio.h>
  int main(void)
  {
  char *str = NULL;
  
  str = (char*)calloc(10, sizeof(char));
  
  strcpy(str, "Hello");
  
  printf("String is %sn", str);
  
  free(str);
  return 0;
  }
  程序例2:
  从这个例子可以看出calloc分配完存储空间后将元素初始化。
  #include<stdio.h>
  #include<stdlib.h>
  int main(void)
  {
  int i;
  int *pn=calloc(10,sizeof(int));
  for(i=0;i<10;i++)
  printf("=",pn[i]);
  printf("n");
  free(pn);
  return 0;
  }
  输出十个0。
 
★C语言函数realloc

函数简介
  原型:extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);
  语法:指针名=(数据类型*)realloc(newsize),(数据类型*)表示指针。
  头文件:#include <stdlib.h> 有些编译器需要#include <malloc.h>,在TC2.0中可以使用alloc.h头文件
  功能:先释放原来mem_address所指内存区域,并按照newsize指定的大小重新分配空间,同时将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域,并返回该内存区域的首地址。即重新分配存储器块。
  返回值:如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针,否则返回空指针NULL。 
  注意:这里原始内存中的数据还是保持不变的。当内存不再使用时,应使用free()函数将内存块释放。
  相关函数: malloc、calloc、free、_alloca
应用举例
  举例1:
  从这个例子可以看出realloc函数的功能。
  #include<stdio.h>
  #include<stdlib.h>
  int main()
  {
  int i;
  int *pn=(int *)malloc(5*sizeof(int));
  printf("%pn",pn);
  for(i=0;i<5;i++)
  scanf("%d",&pn[i]);
  pn=(int *)realloc(pn,10*sizeof(int));
  printf("%pn",pn);
  for(i=0;i<5;i++)
  printf("=",pn[i]);
  printf("n");
  free(pn);
  return 0;
  }
  举例2:(在TC2.0中运行通过)
  // realloc.c
  #include <syslib.h>
  #include <alloc.h>
  main()
  {
  char *p;
  clrscr(); // clear screen
  p=(char *)malloc(100);
  if(p)
  printf("Memory Allocated at: %x",p);
  else
  printf("Not Enough Memory!n");
  getchar();
  p=(char *)realloc(p,256);
  if(p)
  printf("Memory Reallocated at: %x",p);
  else
  printf("Not Enough Memory!n");
  free(p);
  getchar();
  return 0;
  }

详细说明及注意要点

  1、如果有足够空间用于扩大mem_address指向的内存块,则分配额外内存,并返回mem_address
  这里说的是“扩大”,我们知道,realloc是从堆上分配内存的,当扩大一块内存空间时, realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节,如果能够满足,自然天下太平。也就是说,如果原先的内存大小后面还有足够的空闲空间用来分配,加上原来的空间大小= newsize。那么就ok。得到的是一块连续的内存。
  2、如果原先的内存大小后面没有足够的空闲空间用来分配,那么从堆中另外找一块newsize大小的内存。
  并把原来大小内存空间中的内容复制到newsize中。返回新的mem_address指针。(数据被移动了)。
  老块被放回堆上。
  例如:
  #include <malloc.h>
  void main()
  {
  char *p,*q;
  p = (char * ) malloc (10);
  q=p;
  p = (char * ) realloc (q,20); //A
  …………………………
  }
  在这段程序中我们增加了指针q,用它记录了原来的内存地址p。这段程序可以编译通过,但在执行到A行时,如果原有内存后面没有足够空间将原有空间扩展成一个连续的新大小的话,realloc函数就会以第二种方式分配内存,此时数据发生了移动,那么所记录的原来的内存地址q所指向的内存空间实际上已经放回到堆上了!这样就会产生q指针的指针悬挂,如果再用q指针进行操作就可能发生意想不到的问题。所以在应用realloc函数是应当格外注意这种情况。
  3、返回情况
  返回的是一个void类型的指针,调用成功。(这就再你需要的时候进行强制类型转换)
  返回NULL,当需要扩展的大小(第二个参数)为0并且第一个参数不为NULL,此时原内存变成了“freed(游离)”的了。
  返回NULL,当没有足够的空间可供扩展的时候,此时,原内存空间的大小维持不变。
  4、特殊情况
  如果mem_address为null,则realloc()和malloc()类似。分配一个newsize的内存块,返回一个指向该内存块的指针。
  如果newsize大小为0,那么释放mem_address指向的内存,并返回null。
  如果没有足够可用的内存用来完成重新分配(扩大原来的内存块或者分配新的内存块),则返回null.而原来的内存块保持不变。
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