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C语言深入探索动态内存分配的使用

2024-04-02 19:55

关注

一、动态内存分配的意义

C语言中的一切操作都是基于内存的

变量和数组都是内存的别名

需求:程序运行的过程中,可能需要使用一些额外的内存空间

二、malloc 和 free

malloc 和 free 用于执行动态内存分配和释放

void* malloc(size_t size);

void free(void* pointer);

注意事项

下面看一个内存泄漏检测模块的示例:

test.c:

#include <stdio.h>
#include "mleak.h"
 
void f()
 
{
    MALLOC(100);
}
 
int main()
{
    int* p = (int*)MALLOC(3 * sizeof(int));
 
    f();
 
    p[0] = 1;
    p[1] = 2;
    p[2] = 3;    
 
    FREE(p);    
 
    PRINT_LEAK_INFO();   
 
    return 0;
 
}
 

mleak.h:

#ifndef _MLEAK_H_
 
#define _MLEAK_H_
 
#include <malloc.h>
 
#define MALLOC(n) mallocEx(n, __FILE__, __LINE__)
 
#define FREE(p) freeEx(p)
 
 
void* mallocEx(size_t n, const char* file, const line);
 
void freeEx(void* p);
 
void PRINT_LEAK_INFO();
 
#endif

mleak.c:

#include "mleak.h"
 
#define SIZE 256
 
 

 
typedef struct
{
    void* pointer;
    int size;
    const char* file;
    int line;
 
} MItem;
 
static MItem g_record[SIZE]; 
 
void* mallocEx(size_t n, const char* file, const line)
{
    void* ret = malloc(n);    
 
    if( ret != NULL )
    {
        int i = 0;       
 
        
 
        for(i = 0; i < SIZE; i++)
        {
 
            
 
            if( g_record[i].pointer == NULL )
            {
                g_record[i].pointer = ret;
                g_record[i].size = n;
                g_record[i].file = file;
                g_record[i].line = line;
                break;
 
            }
 
        }
 
    }   
 
    return ret;
 
}
 
void freeEx(void* p)
{
    if( p != NULL )
    {
        int i = 0;        
 
        
 
        for(i = 0; i < SIZE; i++)
        {
            if( g_record[i].pointer == p )
 
            {
 
                g_record[i].pointer = NULL;
 
                g_record[i].size = 0;
 
                g_record[i].file = NULL;
 
                g_record[i].line = 0;                
 
                free(p);                
 
                break;
 
            }
 
        }
 
    }
 
}
 
void PRINT_LEAK_INFO()
{
 
    int i = 0;   
 
    printf("Potential Memory Leak Info:\n");    
 
    
 
    for(i = 0; i < SIZE; i++)
    {
        if( g_record[i].pointer != NULL )
        {
            printf("Address: %p, size:%d, Location: %s:%d\n", g_record[i].pointer, g_record[i].size, g_record[i].file, g_record[i].line);
        }
    }
 
}

输出结果如下, 因为 MALLOC(100); 之后没有进行释放内存,所以被检查出来了。

暂时不能用于工程开发,需要再开发才行。因为 malloc 往往在不同的线程中被调用,因此 malloc 函数必须要有互斥的操作。因为 static MItem g_record[SIZE]; 这个静态全局数组是一种临界区,必须被保护起来。

三、关于 malloc(0)

malloc(0); 将返回什么?

下面看一段代码:

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
 
int main()
{
    int* p = (int*) malloc(0);
    
    printf("p = %p\n", p);
    
    free(p);
 
    return 0;
}

输出结果如下: 

这说明 malloc(0) 是合法的,内存地址其实包含两个概念,一个是内存的起始地址,一个是内存的长度。在平常我们可能会只注意内存的首地址,对于长度却忽略了。malloc(0) 在这个程序中申请到的内存起始地址为 0x82c3008,长度为 0。

但是我们在程序里不停写 malloc(0),会造成内存泄漏吗?答案是肯定的,因为malloc 实际分配的内存可能会比请求的多,目前的操作系统一般都是 4 字节对齐的,所以写 malloc(0) 系统实际返回的字节数也许就是 4 字节。

四、calloc 和 realloc

malloc 的同胞兄弟

void* calloc(size_t num, size_t size);

void* realloc(void* pointer, size_t new_size);

calloc 的参数代表所返回内存的类型信息

realloc 用于修改一个原先已经分配的内存块大小

下面看一个 calloc 和 realloc 的使用示例:

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
 
#define SIZE 5
 
int main()
{
    int i = 0;
    int* pI = (int*)malloc(SIZE * sizeof(int));
    short* pS = (short*)calloc(SIZE, sizeof(short));
    
    for(i = 0; i < SIZE; i++)
    {
        printf("pI[%d] = %d, pS[%d] = %d\n", i, pI[i], i, pS[i]);
    }
    
    printf("Before: pI = %p\n", pI);
    
    pI = (int*)realloc(pI, 2 * SIZE * sizeof(int));
    
    printf("After: pI = %p\n", pI);
    
    for(i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("pI[%d] = %d\n", i, pI[i]);
    }
    
    free(pI);
    free(pS);
    
    return 0;
}
 

输出结果如下: 

malloc 只负责申请空间,不负责初始化,这里的 pI 指针保存的值均为 0 只是巧合罢了,另外使用 realloc 重置之后,内存地址也会改变,pI 指针保存的值也会改变,这里都为 0 同样也是巧合。

五、小结

到此这篇关于C语言深入探索动态内存分配的使用的文章就介绍到这了,更多相关C语言 动态内存分配内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网!

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