malloc函数:malloc的全称是memory allocation,中文叫动态内存分配。作用是向系统申请分配指定size个字节的内存空间,函数原型为:
extern void *malloc(unsigned int num_bytes);
void*表示未确定类型的指针,C,C++规定,void* 类型可以通过类型转换强制转换为任何其它类型的指针。
free函数: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。
其功能为在堆中申请一块连续的可用的内存;使用中有如下需要关注的点:
1.malloc分配的内存大小至少为size参数所指定的字节数.
2.malloc的返回值是一个指针,指向一段可用内存的起始地址.
3.多次调用malloc所分配的地址不能有重叠部分,除非某次malloc所分配的地址被释放掉.
4.malloc应该尽快完成内存分配并返回.
5.实现malloc时应同时实现内存大小调整和内存释放函数(即realloc和free).
用法示例:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include<malloc.h> int main() { char *ptr; ptr = (char*)malloc(8); //返回类型为void*,强制转换 if (NULL == ptr) //申请后务必检查是否成功,因为对内存不足等原因有可能申请失败 { exit (1); } if(ptr) printf("Memory Allocated at: %x/n",ptr); free(ptr); //申请同时释放 ptr = NULL; //free释放的只是内存,ptr指针还在,所以记得将ptr指向NULL return 0; }
malloc函数使用时需要注意的要点:
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,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。
3、malloc函数返回值情况
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、malloc函数的特殊情况
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。
5、申请了内存空间后,必须检查是否分配成功。
6、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。
7、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)。
8、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()函数和free()函数的机制说明
malloc函数原理
malloc()到底从哪里分配到内存空间?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。关于堆的知识呢可以查询数据结构方面的知识。在使用malloc()分配内存空间后,一定要记得释放内存空间,否则就会出现内存泄漏。
free函数原理
free()到底释放了什么?free()释放的是指针指向的内存!注意!释放的是内存,不是指针!指针并没有被释放,指针仍然指向原来的存储空间。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,所以说是垃圾。因此,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。free()的函数原型非常简单,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。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。
new运算符:
动态创建对象时,只需指定其数据类型,而不必为该对象命名,new表达式返回指向该新创建对象的指针,我们可以通过指针来访问此对象。
int *pi=new int;
这个new表达式在堆区中分配创建了一个整型对象,并返回此对象的地址,并用该地址初始化指针pi 。
动态创建的对象可以用初始化变量的方式初始化。
int *pi=new int(100); //指针pi所指向的对象初始化为100 string *ps=new string(10,’9’);//*ps 为“9999999999”
如果不提供显示初始化,对于类类型,用该类的默认构造函数初始化;而内置类型的对象则无初始化。
也可以对动态创建的对象做值初始化:
int *pi=new int( );//初始化为0 int *pi=new int;//pi 指向一个没有初始化的int string *ps=new string( );//初始化为空字符串 (对于提供了默认构造函数的类类型,没有必要对其对象进行值初始化)
delete运算符:
释放指针指向的地址空间。
delete p; //执行完该语句后,p变成了不确定的指针,在很多机器上,尽管p值没有明确定义,但仍然存放了它之前所指对象的地址,然后p所指向的内存已经被释放了,所以p不再有效。此时,该指针变成了悬垂指针(悬垂指针指向曾经存放对象的内存,但该对象已经不存在了)。悬垂指针往往导致程序错误,而且很难检测出来。
一旦删除了指针所指的对象,立即将指针置为0,这样就非常清楚的指明指针不再指向任何对象。(零值指针:int *ip=0;)
区分零值指针和NULL指针
零值指针,是值是0的指针,可以是任何一种指针类型,可以是通用变体类型void*也可以是char*,int*等等。
空指针,其实空指针只是一种编程概念,就如一个容器可能有空和非空两种基本状态,而在非空时可能里面存储了一个数值是0,因此空指针是人为认为的指针不提供任何地址讯息。
new分配失败时,返回什么?
1993年前,c++一直要求在内存分配失败时operator new要返回0,现在则是要求operator new抛出std::bad_alloc异常。很多c++程序是在编译器开始支持新规范前写的。c++标准委员会不想放弃那些已有的遵循返回0规范的代码,所以他们提供了另外形式的operator new(以及operator new[])以继续提供返回0功能。这些形式被称为“无抛出”,因为他们没用过一个throw,而是在使用new的入口点采用了nothrow对象:
malloc与new的区别:
1、new 返回指定类型的指针,并且可以自动计算所需要大小。而 malloc 则必须要由我们计算字节数,并且在返回后强行转换为实际类型的指针。
int* ptr 1= new int [100]; //返回类型为int*,分配大小为sizeof(int)*100字节; int* ptr2 = (int *)malloc(100); //返回类型为void*,需要强制转换为int*,分配大小为100字节;
2、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。
有malloc/free为什么还需要new/delete?
1) malloc与free是C++/C语言的标准库函数,new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。
2) 对于非内部数据类型的对象而言,光用maloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数,对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符,不在编译器控制权限之内,不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。
因此C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new,以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符delete。注意new/delete不是库函数。
我们不要企图用malloc/free来完成动态对象的内存管理,应该用new/delete。由于内部数据类型的“对象”没有构造与析构的过程,对它们而言malloc/free和new/delete是等价的。
3) 既然new/delete的功能完全覆盖了malloc/free,为什么C++不把malloc/free淘汰出局呢?这是因为C++程序经常要调用C函数,而C程序只能用malloc/free管理动态内存。
如果用free释放“new创建的动态对象”,那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错。如果用delete释放“malloc申请的动态内存”,结果也会导致程序出错,但是该程序的可读性很差。所以 new/delete必须配对使用,malloc/free也一样。