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详解C语言中内存分配函数

分类: IT文章 • 2023-11-18 07:56:25
详解C语言中内存分配函数

很多新学C语言的童鞋在用到动态内存分配的时候，对选择哪种分配函数及其有何区别搞不清楚，那么下文就认真的讲讲它们的种种。

(1)C语言的内存分配方式

  • 从静态存储区域分配
    这些在程序编译的时候就已经分配好，且在程序的整个运行期间都固定不变。

使用这种方式分配内存空间的数据主要包括：
代码段(DATA Section)的程序自身语句文本(包括嵌在代码里的字符串常量)，已经初始化的全局变量和静态变量 。

.BSS段的未初始化的全局变量。

  • 在栈stack上分配

这种方式由系统自动分配，函数退出时也由系统自动释放。

使用这种方式分配内存空间的数据主要包括：
本地变量和函数参数

  • 从堆heap上分配，亦称动态内存分配

程序在运行的时候用malloc类或new动态申请的内存，由用户自己负责用free或delete释放。动态内存的生存期由用户决定，使用非常灵活，但问题也最多。

使用这种方式分配内存空间的数据主要包括：
自定义输入缓存或用于接收用户输入数据的变量(数组、结构体等)

(2)跟内存申请相关的函数

void* malloc(size_t size)

作用：从堆中分配size个字节的空间，成功则返回空间首地址，失败则返回空指针。它的声明位于stdlib.h头文件中。

我们在编程中必须注意分配失败的情况，以使程序更加健壮和完备。所以一般会对其进行包装：

        void *
xmalloc (size_t size)
{
    void *value = malloc (size);
    if (value == 0)
        fatal ("virtual memory exhausted");
    return value;
}

同时，由于它并没有对分配的空间进行任何操作，因此基本上malloc之后,需要调用函数memset来初始化。

        struct foo *ptr;
...
ptr = (struct foo *) malloc (sizeof (struct foo));
if (ptr == 0) 
    abort ();
memset (ptr, 0, sizeof (struct foo));

void * calloc (size_t count, size_t eltsize)

作用：从堆中分配size个字节的已经清零的空间，成功则返回空间首地址，失败则返回空指针。它的声明位于stdlib.h头文件中。

它的实现等同于：

        void *
calloc (size_t count, size_t eltsize)
{
    size_t size = count * eltsize;
    void *value = malloc (size);
    if (value != 0)
        memset (value, 0, size);
    return value;
}

void * realloc (void *ptr, size_t newsize)

作用：用来对之前申请的动态内存重新进行分配大小(扩容或缩小)。

参数解释：ptr必须为之前通过malloc或calloc等函数申请的动态内存首地址；newsize为你现在需要的大小。

注意事项：
1 如果是扩容，它不能保证后加的空间一定是接在原来申请的内存空间之后的，因为有可能其之后的空间已经被使用了。此时系统会找一块大小符合你要求的连续空间，并同时把原来空间内容复制到新空间，最后再释放原空间。

2 如果扩容失败，则原空间内容不受影响。

3 如果参数ptr为空，则其动作同malloc。

但是当我们使用时，为了程序的健壮性和完备性，在使用时我们需要包装一下：

        void *
xrealloc (void *ptr, size_t size)
{
    void *value = realloc (ptr, size);
    if (value == 0)
        fatal ("Virtual memory exhausted");
    else
        return value;

void * reallocarray (void *ptr, size_t nmemb, size_t size)

该函数作用及各参数同realloc，唯一的不同是当发生乘法溢出时，会进行错误提示。

void * aligned_alloc (size_t alignment, size_t size)

作用：函数分配一个地址alignment对齐的大小为size的内存空间。

参数解释：alignment代表地址对齐参数，必须为2的倍数，且size也必须是alignment的倍数。
如果分配成功则返回内存首地址，否则返回空，同时依据错误原因设置错误代码errno为ENOMEN或EINVAL

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