malloc和free的用法

2022-07-16

在C语言中，内存管理是很重要的，最近刷算法题目也用到了malloc和free函数，在此记录一下；

一、函数原型及说明：

malloc()：

函数原型：

1	void *malloc(long NumBytes);

该函数分配了NumBytes个字节，并返回了指向这块内存的指针。如果分配失败，则返回一个空指针（NULL）。

关于分配失败的原因，应该有多种，比如说空间不足就是一种。

free()：

函数原型：

1	void free(void *FirstByte);

该函数是将之前用malloc分配的空间还给程序或者是操作系统，也就是释放了这块内存，让它重新得到自由。

二、函数使用注意事项：

1、申请了内存空间后，必须检查是否分配成功；

2、当不需要再使用申请的内存时，记得释放；

释放后应该把指向这块内存的指针指向NULL，防止程序后面不小心使用了它。

3、这两个函数应该是配对使用；

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有做。释放只能一次，如果释放两次及两次以上会出现错误（释放空指针例外，释放空指针其实也等于啥也没做，所以释放空指针释放多少次都没有问题）。

4、虽然malloc()函数的类型是(void *)，任何类型的指针都可以转换成(void *)，但是最好还是在前面进行强制类型转换，因为这样可以躲过一些编译器的检查；

三、具体例子：

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

四、原理部分：

1、malloc内存空间的来源：

答案是从堆里面获得空间。

也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时，就会遍历该链表，然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后就将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。

在使用malloc()分配内存空间后，一定要记得释放内存空间，否则就会出现内存泄漏。

2、free释放了什么：

free()释放的是指针指向的内存。

注意！释放的是内存，不是指针！指针并没有被释放，指针仍然指向原来的存储空间。指针是一个变量，只有程序结束时才被销毁。释放了内存空间后，原来指向这块空间的指针还是存在！只不过现在指针指向的内容的垃圾，是未定义的，所以说是垃圾。因此，释放内存后把指针指向NULL，防止指针在后面不小心又被解引用了。

free() 不会改变指针变量本身的值，调用 free() 后它仍然会指向相同的内存空间，但是此时该内存已无效，不能被使用。所以建议将指针的值设置为 NULL，例如：
1
2
free(ptr);
ptr = NULL;

free()的源代码：

struct mem_control_block {
    int is_available;    //一般来说应该是一个可用空间的首地址，但这里英文单词却显示出空间是否可用的一个标记
    int size;            //这是实际空间的大小
};
void free(void *ptr) 
{
    struct mem_control_block *free;
    free = ptr - sizeof(struct mem_control_block);
    free->is_available = 1;
    return;
}

五、直接定义一个数组和使用malloc动态分配的区别：

malloc作为一个包含在头文件下的函数，用于申请空间。

我们平常定义数组一般习惯性的就直接定义，比如int a[5]，此处就是直接定义了一个数组，数组内的元素都是int型，并且有五个，从一开始就确定了数组a的大小，并且无法被改变。

并且变量被存放在栈区，栈区的变量都是由系统自己开辟空间存储，并自动销毁空间释放的。

其实，还有一种定义数组的方式，那就是借助人为申请空间的方式定义一个数组。请看如下程序：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int *a = (int *)malloc(sizeof(int[5]));
    a[0]=1;
    a[1]=2;
    a[2]=3;
    a[3]=4;
    a[4]=5;
    int i;
    for(i=0;i<5;i++)
    {
        printf("%d ",a[i]);
    }
    free(a);
    return 0;
}