C语言malloc、calloc、realloc的区别


C语言跟内存分配方式

  • 从静态存储区域分配.
    内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在.例如全局变量、static变量.
  • 在栈上创建

    在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放.栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限.
  • 从堆上分配,亦称动态内存分配.

    程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存.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.

C语言跟内存申请相关的函数主要有 alloca、calloc、malloc、free、realloc等.

<1>alloca是向栈申请内存,因此无需释放.
<2>malloc分配的内存是位于堆中的,并且没有初始化内存的内容,因此基本上malloc之后,调用函数memset来初始化这部分的内存空间.
<3>calloc则将初始化这部分的内存,设置为0.
<4>realloc则对malloc申请的内存进行大小的调整.
<5>申请的内存最终需要通过函数free来释放.
当程序运行过程中malloc了,但是没有free的话,会造成内存泄漏.一部分的内存没有被使用,但是由于没有free,因此系统认为这部分内存还在使用,造成不断的向系统申请内存,使得系统可用内存不断减少.但是内存泄漏仅仅指程序在运行时,程序退出时,OS将回收所有的资源.因此,适当的重起一下程序,有时候还是有点作用.

三个函数的声明分别是:

void* malloc(unsigned size);
void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);  
void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElement);
都在stdlib.h函数库内,它们的返回值都是请求系统分配的地址,如果请求失败就返回NULL.
  • 函数malloc()
    在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域,参数size为需要内存空间的长度,返回该区域的首地址.
  • 函数calloc()
    与malloc相似,参数sizeOfElement为申请地址的单位元素长度,numElements为元素个数,即在内存中申请numElements*sizeOfElement字节大小的连续地址空间.
  • 函数realloc()
    给一个已经分配了地址的指针重新分配空间,参数ptr为原有的空间地址,newsize是重新申请的地址长度.

区别:

  • 函数malloc不能初始化所分配的内存空间,而函数calloc能.如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过,则其中的每一位可能都是0;反之, 如果这部分内存曾经被分配过,则其中可能遗留有各种各样的数据.也就是说,使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题.
  • 函数calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,也就是说,如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存,那么这些元素将保证会被初始化为0;如果你是为指针类型的元素分配内存,那么这些元素通常会被初始化为空指针;如果你为实型数据分配内存,则这些元素会被初始化为浮点型的零.
  • 函数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.
  • realloc可以对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小,无论是扩张或是缩小,原有内存的中内容将保持不变.当然,对于缩小,则被缩小的那一部分的内容会丢失.realloc并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址.相反,realloc返回的指针很可能指向一个新的地址.
  • 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;如果数据后面的字节不够,问题就出来了,那么就使用堆上第一个有足够大小的自由块,现存的数据然后就被拷贝至新的位置,而老块则放回到堆上.这句话传递的一个重要的信息就是数据可能被移动.

Example

#include <iostream>

// calloc
void test1()
{
    int *p = (int *)calloc(10, sizeof(int));
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        p[i] = i + 1;
    }
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        printf("%d\n", p[i]);
    }

    if (NULL != p) {
        free(p);
        p = NULL;
    }
}

// realloc
void test2()
{
    // 申请一块连续的内存空间,可以容纳10个int类型的
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        p[i] = i+1;
    }
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        printf("%d\n", p[i]);
    }
    printf("%d\n", p);
    p = (int *)realloc(p, sizeof(int) * 20);
    printf("%d\n", p);
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        printf("%d\n", p[i]);
    }
}

int main(int argc, const char * arvc[] )
{
//    test1();
    test2();
}

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