c语言 malloc函数详解

发布时间:2019-12-03 09:52 来源:互联网 当前栏目:网站服务器

谈到malloc函数相信学过c语言的人都很熟悉,但是malloc底层到底做了什么又有多少人知道。

1、关于malloc相关的几个函数

关于malloc我们进入Linux man一下就会得到如下结果:

这里写图片描述 

也可以这样认为(window下)原型:

extern void *malloc(unsigned int num_bytes);

头文件:

#include<malloc.h>或者#include<alloc.h>两者的内容是完全一样的

如果分配成功:则返回指向被分配内存空间的指针

不然返回指针NULL

同时,当内存不再使用的时候,应使用free()函数将内存块释放掉。

关于:void*,表示未确定类型的指针,c,c++规定void*可以强转为任何其他类型的指针,关于void还有一种说法就是其他任何类型都可以直接赋值给它,无需进行强转,但是反过来不可以

malloc:

malloc分配的内存大小至少为参数所指定的字节数

malloc的返回值是一个指针,指向一段可用内存的起始位置,指向一段可用内存的起始地址,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malloc应该尽快完成内存分配并返回(不能使用NP-hard的内存分配算法)实现malloc时应同时实现内存大小调整和内存释放函数(realloc和free)

malloc和free是配对的,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做,释放只能释放一次,如果一块空间释放两次或者两次以上会出现错误(但是释放空指针例外,释放空指针也等于什么也没做,所以释放多少次都是可以的。)

2、malloc和new

new返回指定类型的指针,并且可以自动计算所需要的大小。

int *p;
p = new int;//返回类型为int* ,分配的大小是sizeof(int)
p = new int[100];//返回类型是int*类型,分配的大小为sizeof(int)*100

而malloc需要我们自己计算字节数,并且返回的时候要强转成指定类型的指针。

int *p;
p = (int *)malloc(sizeof(int));

(1)malloc的返回是void*,如果我们写成了:p=malloc(sizeof(int));间接的说明了(将void转化给了int*,这不合理)
(2)malloc的实参是sizeof(int),用于指明一个整型数据需要的大小,如果我们写成p=(int*)malloc(1),那么可以看出:只是申请了一个一个字节大小的空间。
(3)malloc只管分配内存,并不能对其进行初始化,所以得到的一片新内存中,其值将是随机的。一般意义上:我们习惯性的将其初始化为NULL,当然也可以使用memset函数。

简单的说:

malloc函数其实就是在内存中找一片指定大小的空间,然后将这个空间的首地址给一个指针变量,这里的指针变量可以是一个单独的指针,也可以是一个数组的首地址,这要看malloc函数中参数size的具体内容。我们这里malloc分配的内存空间在逻辑上是连续的,而在物理上可以不连续。我们作为程序员,关注的是逻辑上的连续,其他的操作系统会帮着我们处理。

下面就来看看malloc具体是怎么实现的。

首先要了解操作系统相关的知识:

虚拟内存地址和物理内存地址

为了简单,现代操作系统在处理物理内存地址时,普遍采用虚拟内存地址技术。即在汇编程序层面,当涉及内存地址时,都是使用的虚拟内存地址。采用这种技术时,每个进程仿佛自己独享一片2N字节的内存,其中N是机器位数。例如在64位CPU和64位操作系统下每个进程的虚拟地址空间为264Byte。

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