C語(yǔ)言基礎(chǔ)之malloc和free函數(shù)詳解

更新時(shí)間：2017年04月10日 17:11:45 投稿：lqh

這篇文章主要介紹了C語(yǔ)言基礎(chǔ)之malloc和free函數(shù)詳解的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

　 本文介紹malloc和free函數(shù)的內(nèi)容。

　　在C中，對(duì)內(nèi)存的管理是相當(dāng)重要。下面開始介紹這兩個(gè)函數(shù)：

　　一、malloc()和free()的基本概念以及基本用法：

1、函數(shù)原型及說明：

void *malloc(long NumBytes)：該函數(shù)分配了NumBytes個(gè)字節(jié)，并返回了指向這塊內(nèi)存的指針。如果分配失敗，則返回一個(gè)空指針（NULL）。

關(guān)于分配失敗的原因，應(yīng)該有多種，比如說空間不足就是一種。

void free(void *FirstByte)：該函數(shù)是將之前用malloc分配的空間還給程序或者是操作系統(tǒng)，也就是釋放了這塊內(nèi)存，讓它重新得到自由。

2、函數(shù)的用法：

其實(shí)這兩個(gè)函數(shù)用起來倒不是很難，也就是malloc()之后覺得用夠了就甩了它把它給free()了，舉個(gè)簡(jiǎn)單例子：

程序代碼：

 // Code... 
  char *Ptr = NULL; 
  Ptr = (char *)malloc(100 * sizeof(char)); 
  if (NULL == Ptr) 
 　 { 
  　　 exit (1); 
　　 } 
  gets(Ptr); 

  // code... 
  free(Ptr); 
  Ptr = NULL; 
  // code...

就是這樣！當(dāng)然，具體情況要具體分析以及具體解決。比如說，你定義了一個(gè)指針，在一個(gè)函數(shù)里申請(qǐng)了一塊內(nèi)存然后通過函數(shù)返回傳遞給這個(gè)指針，那么也許釋放這塊內(nèi)存這項(xiàng)工作就應(yīng)該留給其他函數(shù)了。

3、關(guān)于函數(shù)使用需要注意的一些地方：

A、申請(qǐng)了內(nèi)存空間后，必須檢查是否分配成功。

B、當(dāng)不需要再使用申請(qǐng)的內(nèi)存時(shí)，記得釋放；釋放后應(yīng)該把指向這塊內(nèi)存的指針指向NULL，防止程序后面不小心使用了它。

C、這兩個(gè)函數(shù)應(yīng)該是配對(duì)。如果申請(qǐng)后不釋放就是內(nèi)存泄露；如果無(wú)故釋放那就是什么也沒有做。釋放只能一次，如果釋放兩次及兩次以上會(huì)

出現(xiàn)錯(cuò)誤（釋放空指針例外，釋放空指針其實(shí)也等于啥也沒做，所以釋放空指針釋放多少次都沒有問題）。

D、雖然malloc()函數(shù)的類型是(void *),任何類型的指針都可以轉(zhuǎn)換成(void *),但是最好還是在前面進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，因?yàn)檫@樣可以躲過一些編譯器的檢查。

現(xiàn)在進(jìn)入第二部分：

　　二、malloc()到底從哪里得來了內(nèi)存空間：

1、malloc()到底從哪里得到了內(nèi)存空間？答案是從堆里面獲得空間。也就是說函數(shù)返回的指針是指向堆里面的一塊內(nèi)存。操作系統(tǒng)中有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表。當(dāng)操作系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，就會(huì)遍歷該鏈表，然后就尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后就將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序。關(guān)于堆的知識(shí)呢可以查詢數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)或查詢以前的一篇帖子C/C++堆、棧及靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)詳解。這里不過多介紹。

2、在使用malloc()分配內(nèi)存空間后，一定要記得釋放內(nèi)存空間，否則就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。

3、free()到底釋放了什么

free()釋放的是指針指向的內(nèi)存！注意！釋放的是內(nèi)存，不是指針！指針并沒有被釋放，指針仍然指向原來的存儲(chǔ)空間。指針是一個(gè)變量，只有程序結(jié)束時(shí)才被銷毀。釋放了內(nèi)存空間后，原來指向這塊空間的指針還是存在！只不過現(xiàn)在指針指向的內(nèi)容的垃圾，是未定義的，所以說是垃圾。因此，釋放內(nèi)存后把指針指向NULL，防止指針在后面不小心又被解引用了。

　　三、malloc()以及free()的機(jī)制：

事實(shí)上，仔細(xì)看一下free()的函數(shù)原型，也許也會(huì)發(fā)現(xiàn)似乎很神奇，free()函數(shù)非常簡(jiǎn)單，只有一個(gè)參數(shù)，只要把指向申請(qǐng)空間的指針傳遞給free()中的參數(shù)就可以完成釋放工作！這里要追蹤到malloc()的申請(qǐng)問題了。申請(qǐng)的時(shí)候?qū)嶋H上占用的內(nèi)存要比申請(qǐng)的大。因?yàn)槌龅目臻g是用來記錄對(duì)這塊內(nèi)存的管理信息。

大多數(shù)實(shí)現(xiàn)所分配的存儲(chǔ)空間比所要求的要稍大一些，額外的空間用來記錄管理信息——分配塊的長(zhǎng)度，指向下一個(gè)分配塊的指針等等。這就意味著如果寫過一個(gè)已分配區(qū)的尾端，則會(huì)改寫后一塊的管理信息。這種類型的錯(cuò)誤是災(zāi)難性的，但是因?yàn)檫@種錯(cuò)誤不會(huì)很快就暴露出來，所以也就很難發(fā)現(xiàn)。將指向分配塊的指針向后移動(dòng)也可能會(huì)改寫本塊的管理信息。

malloc()申請(qǐng)的空間實(shí)際就是分了兩個(gè)不同性質(zhì)的空間。一個(gè)就是用來記錄管理信息的空間，另外一個(gè)就是可用空間了。而用來記錄管理信息的實(shí)際上是一個(gè)結(jié)構(gòu)體。在C語(yǔ)言中，經(jīng)常用結(jié)構(gòu)來記錄信息！下面看看這個(gè)結(jié)構(gòu)體的原型：

程序代碼：

 struct mem_control_block { 
 int is_available; //一般來說應(yīng)該是一個(gè)可用空間的首地址，但這里英文單詞卻顯示出空間是否可用的一個(gè)標(biāo)記
 int size;   //這是實(shí)際空間的大小 
 };

 

　　所以，free()就是根據(jù)這個(gè)結(jié)構(gòu)體的信息來釋放malloc()申請(qǐng)的空間！而結(jié)構(gòu)體的兩個(gè)成員的大小我想應(yīng)該是操作系統(tǒng)的事了。
　　下面看看free()的源代碼
　　 // code... 
 
  void free(void *ptr) 
 { 
   struct mem_control_block *free; 
   free = ptr - sizeof(struct mem_control_block); 
   free->is_available = 1; 
   return; 
 }

　　至于malloc的源碼，有興趣的可以到網(wǎng)上找一下！

感謝閱讀，希望能幫助到大家，謝謝大家對(duì)本站的支持！

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