动态内存分配函数

article/2025/9/14 22:49:24

一、静态存储分配与动态存储分配:
(1)静态存储分配
通常定义变量(或对象),编译器在编译时都可以根据该变量(或对象)的类型知道所需内存空间的大小,从而系统在适当的时候为他们分配确定的存储空间。这种内存分配称为静态存储分配;
(2)动态存储分配
有些操作对象只在程序运行时才能确定,这样编译时就无法为他们预定存储空间,只能在程序运行时,系统根据运行时的要求进行内存分配,这种方法称为动态存储分配。所有动态存储分配都在堆区中进行

二、动态内存分配函数

1、malloc函数

void *malloc(unsigned int size);
//在内存的动态分配区域中分配一个长度为size的连续空间//堆区

(1)返回值:通用类型(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)
分配成功,返回一个指向分配起始地址的指针;
分配失败,返回NULL
(2)注意:
①使用malloc进行动态内存分配后应判断指针是否为空,即是否分配成功;
②申请的内存不会进行初始化,为随机值;
③使用完毕以后必须手动释放内存空间,否则会造成内存泄露
(3)malloc实际分配的内存会大于我们需要的size。主要由两方面因素决定:
1) 字节对齐 : 会对齐到机器最受限的类型(具体的实现因机器而异)。

2)“块头部信息”: 每个空闲块都有“头部”控制信息——结构体(32位),其中包含一个指向链表中下一个块的指针、当前块的大小和一个指向本身的指针。为了简化块对齐,所有块的大小都必须是头部大小的整数倍,且头部已正确对齐。

typedef struct _CrtMemBlockHeader
{struct _CrtMemBlockHeader * pBlockHeaderNext;struct _CrtMemBlockHeader * pBlockHeaderPrev;char *                      szFileName;int                         nLine;size_t                      nDataSize;//开辟空间大小int                         nBlockUse;long                        lRequest;unsigned char               gap[nNoMansLandSize];
} _CrtMemBlockHeader;//32

这里写图片描述
即malloc开辟的内存空间大小实际为size + 32+4(32是头部信息,是一个结构体,里面含有整个开辟内存大小的记录;4是尾部信息

char *p = (char *)malloc(100*sizeof(char));
if(p != NULL)
{free(p);p = NULL;
}

2、free函数

void free(void* p);
//free 函数只有一个参数,就是所要释放的内存块的首地址。
//通过p指向内存块的首地址加16,即访问到“块头部信息”结构体中nDataSize内存块的大小,根据nDataSize即可确定需要释放的内存大小
free(p);
p = NULL;//必须置空,避免野指针

(1)返回值:
与malloc函数相同
(2)注意:
①free释放掉指定参数指针指向的内存,并返回void。其实,free函数只是将参数指针指向的内存归还给操作系统,并不会把参数指针置NULL,为了以后访问到被操作系统重新分配后的错误数据,所以在调用free之后,通常需要手动将指针置NULL。从另一个角度来看,内存这种底层资源都是由操作系统来管理的,而不是编译器,编译器只是向操作系统提出申请。所以free函数是没有能力去真正的free内存的。只是告诉操作系统它归还了内存,然后操作系统就可以修改内存分配表,以供下次分配。
②在free前后,指针变量 p 本身保存的地址、被释放的内存里面保存的值均不改变,但是它对这个地址处的那块内存却已经没有所有权。
这里写图片描述
③确定需要释放的空间大小:内存块的首地址加上16,从这个位置就可以找到内存块的大小nDataSize。
④free函数调用次数必须与malloc函数使用次数一致,且“一夫一妻制”。

3、calloc函数

void *calloc(unsigned int num, unsigned int size);
//按照所给的数据项个数和数据类型所占字节数,分配一个 num * size 连续的空间

(1)返回值:
与malloc函数相同
(2)注意:
①申请内存后会自动初始化内存空间为0
②使用calloc进行动态内存分配后应判断指针是否为空,即是否分配成功;
③使用完毕以后必须手动释放内存空间,否则会造成内存泄露

char  *p = (char *)calloc(3sizeof(int));//分配3个int型的存储空间

4、realloc函数

void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);
//更改已经配置的内存空间,即更改由malloc()函数分配的内存空间的大小
//在指针mem_address指向的新地址上重新动态分配newsize字节大小的内存空间

(1)返回值:
如果将分配的内存减少,realloc仅仅是改变索引的信息;

如果是将分配的内存扩大,则有以下情况:(如上图)
1)直接拓展:如果当前内存段后面有需要的内存空间,则直接扩展这段内存空间,realloc()将返回原指针。
2)重新分配:如果当前内存段后面的空闲字节不够,那么就使用堆中的第一个能够满足这一要求的内存块,将目前的数据复制到新的位置,并将原来的数据块释放掉,返回新的内存块位置。
3)如果申请失败,将返回NULL,此时,原来的指针仍然有效
这里写图片描述
(2)注意:
①对于扩大内存的内存分配成功的两种情况,无论返回原指针还是新指针指向地址,原来指针均已自动释放过,不需要使用free再次释放掉原来的指针;
②申请的内存空间不会进行初始化;
③使用完毕以后必须手动释放内存空间,否则会造成内存泄露

char *p;  
p=(char *)malloc(100);  
assert(p != NULL); 
printf("Memory Reallocated at: %p\n",p); 
char *f = (char *)realloc(p,200);  
if(f)  
{printf("new Memory Reallocated at: %p\n",f); //若f与原来相同,为情况1//若f为新的地址,为情况2 
}
else  
{printf("Not Enough Memory!/n"); //若f为NULL,为情况3
}
free(f);  
//若为情况1或情况2,释放的为重新分配内存后的指针f
//若为情况3,释放的为原来(malloc)分配内存后的指针
p = NULL;
//无论哪种情况,p指向均保持不变,为原来(malloc)分配内存的地址

共同点:
(1)均是动态分配一段连续内存;
(2)使用后需要用free函数释放(一一对应);
(3)

#include<stdlib.h>
//所有动态分配函数声明

5、new 与 delete
new 与delete是C++预定的操作符,它们一般需要配套使用。
(1)new用于从堆内存申请一块空间,一般动态用于动态申请内存空间,即根据程序需要,申请一定长度的空间。
自动计算需要分配的空间,在分配类类型的内存空间时,同时调用类的构造函数,对内存空间进行初始化,即完成类的初始化工作。动态分配内置类型是否自动初始化取决于变量定义的位置,在函数体外定义的变量都初始化为0,在函数体内定义的内置类型变量都不进行初始化。

new 有以下的三种格式申请内存空间
new 数据类型
new 数据类型(初始值)
new 数据类型[常量表达式]

 int  * p1=new int;int  *p2=new int(2); //*p2初始化值是2int  *p3=new int[1000] //申请1000个单位内存空间

(2)delete则是将new申请的空间释放。

 delete p1;delete p2;delete[] p3;//注意此处不能用delete p3,因为在申请用了[],则在释放时要用delete[] 

5、区别
(1)malloc 与 calloc
malloc函数在申请内存时不会进行初始化,为随机值;
calloc函数可以在申请内存后会自动初始化内存空间为0
(2)malloc 与 realloc
更改由malloc()函数分配的内存空间的大小,重新内存分配
(3)malloc 与 new
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;
不可自动初始化;

int* p;   
p = (int *) malloc (sizeof(int)*128);//分配128个(可根据实际需要替换该数值)整型存储单元,并将这128个连续的整型存储单元的首地址存储到指针变量p中 

new 返回指定类型的指针,并且可以自动计算所需要大小;
可初始化;

int* p;   
p = new int [100]; 
//返回类型为 int* 类型(整数型指针),分配大小为 sizeof(int) * 100; 

http://chatgpt.dhexx.cn/article/fQFUcY0V.shtml

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