很多新学C语言的童鞋在用到动态内存分配与使用的时候,对如何选择各种分配函数及其底层区别搞不清楚,那么下文就认真的讲讲它们的种种。

(1)C语言的内存分配方式

<1>从静态存储区域分配.

    这种方式主要是系统用于自动分配给全局变量、static变量内存资源的.  它们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.

<2>在栈上分配

      这种方式主要是用于系统自动分配给函数内部的局部变量的,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.

<3>从堆上分配,亦称动态内存分配.

      程序在运行的时候用malloc类或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.

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

    <1>alloca是向栈申请内存,由系统管理,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,需要调用函数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.

attention

    三个函数的申明分别是:

        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.

    (1)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.

    (2)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.

    (3)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:

    (1)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.

    (2)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.

    (3)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.

    (4)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.

    (5)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.

(3)C++关键字new和delete用法

  如下几行代码:

int *pi=new int;

int *pi=new int();

int *pi=new int(1024);  

  第一行这个new表达式在自由存储区中分配创建了一个整形对象,并返回一个指向该对象的地址来初始化指针pi。第二行同一行,只是对指针pi指向的地址的值进行了初始化为0。第三行初始化为1024。

  当动态创建的对象用完后必须释放内存,避免造成内存泄漏,可以用delete来完成,new和delete是成对使用的,如下命令释放pi指向的int型对象所占用的内存空间:

delete pi;

  此时pi尽管没有定义,但仍然存放了它所指向对象的地址,然而pi所指向的内存已经被释放,因此pi不再有效。建议一旦删除指针所指向的对象,立即将指针置为0,这样就清楚的表明指针不再指向任何对象。 

p=NULL; 

  值得注意的是当执行下列表达式:

int pi=&i;

delete pi;

  编译器一般不会报错,因为编译器通常不能断定一个指针指向什么类型的对象,所以尽管这个语句是错误的,但在大多数编译器上仍然能通过。

  C++中允许动态创建const对象:

const int  *pi=new const int(1024);

  动态创建的const对象必须进行初始化,并且进行初始化后的值不能再改变。

  当创建一个动态数组对象和进行内存释放时,执行以下语句:

int *pi=new int[];              //指针pi所指向的数组未初始化

int *pi=new int[n];            //指针pi指向长度为n的数组,未初始化

int *pi=new int[]();            //指针pi所指向的地址初始化为0

delete [] pi;                  //回收pi所指向的数组

(4).new和malloc的区别

a.属性

  new/delete是C++关键字,需要编译器支持。malloc/free是库函数,需要头文件支持c。

b.参数

  使用new操作符申请内存分配时无须指定内存块的大小,编译器会根据类型信息自行计算。而malloc则需要显式地指出所需内存的尺寸。

c.返回类型

  new操作符内存分配成功时,返回的是对象类型的指针,类型严格与对象匹配,无须进行类型转换,故new是符合类型安全性的操作符。而malloc内存分配成功则是返回void * ,需要通过强制类型转换将void*指针转换成我们需要的类型。

e. 分配失败

  new内存分配失败时,会抛出bac_alloc异常。malloc分配内存失败时返回NULL。

f.自定义类型

        new会先调用operator new函数,申请足够的内存(通常底层使用malloc实现)。然后调用类型的构造函数,初始化成员变量,最后返回自定义类型指针。delete先调用析构函数,然后调用operator delete函数释放内存(通常底层使用free实现)。

        malloc/free是库函数,只能动态的申请和释放内存,无法强制要求其做自定义类型对象构造和析构工作。

g.重载

  C++允许重载new/delete操作符,特别的,布局new的就不需要为对象分配内存,而是指定了一个地址作为内存起始区域,new在这段内存上为对象调用构造函数完成初始化工作,并返回此地址。而malloc不允许重载。

h.内存区域

  new操作符从自由存储区(free store)上为对象动态分配内存空间,而malloc函数从堆上动态分配内存。自由存储区是C++基于new操作符的一个抽象概念,凡是通过new操作符进行内存申请,该内存即为自由存储区。而堆是操作系统中的术语,是操作系统所维护的一块特殊内存,用于程序的内存动态分配,C语言使用malloc从堆上分配内存,使用free释放已分配的对应内存。自由存储区不等于堆,如上所述,布局new就可以不位于堆中。

备注:

1.内存空间的初始化函数

memset(void* p, char x, size_t N)

以字节(不是bit域)的方式从地址p开始,连续向N个字节单元填充字节x。例如,如果x为1的话,那么每个字节空间填充的值是0x00000001,而非0x11111111。

2. 在C++中,内存区分为5个区,分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区、常量存储区;

在C中,C内存区分为堆、栈、全局/静态存储区、常量存储区;