[C指针]内存分配(malloc、calloc、realloc、alloca)、迷途指针、内存释放free、垃圾回收(RAII、异常处理函数)

学习笔记

《深入理解C指针》
http://www.ituring.com.cn/book/1147
第2章　C的动态内存管理

本文内容

内存分配 : malloc、calloc、realloc、alloca
迷途指针
内存释放 free
垃圾回收技术 : RAII、异常处理函数

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一、分配内存

malloc

#include 
#include 

int main()
{
    int* pi = (int*)malloc(sizeof(int));
    if (pi != NULL) {
        *pi = 123;
        printf("*pi: %d\n", *pi);
    }
    else {

    }
    free(pi);
    return 0;
}

• malloc 参数是 要分配的字节数

calloc

#include 
#include 
#include 

int main()
{
    /*   calloc  会将分配的内存空间清零 */
    int* pi = (int *) calloc(5, sizeof(int));
    
    /*  等价写法  */
    int* pi2 = (int*) malloc(5 * sizeof(int));
    memset(pi2, 0, 5 * sizeof(int));


    return 0;
}

• calloc 会将分配的内存空间清零
• calloc 参数是 ( 元素的个数 , 单个元素需要的字节数)

realloc

void *realloc(void *ptr, size_t size);

• 第一个参数是指向原内存块的指针
• 第二个参数是请求的大小（可以更大、也可以更小）

https://www.tutorialspoint.com/compile_c_online.php

realloc

• 申请更小内存空间时，原始内存块很明显被重用了 且内容没有修改

#include 
#include 
#include 

int main () {
    char * string1;
    char * string2;
    string1 = (char*) malloc(16);
    strcpy(string1, "0123456789AB");
    printf("string1 Value: %p [%s]\n", string1, string1);

    string2 = realloc(string1, 6);
    printf("string2 Value: %p [%s]\n", string2, string2);
    
    string2 = realloc(string1, 66);
    printf("string2 Value: %p [%s]\n", string2, string2);
    
   return(0);
}

alloca函数（微软为malloca）

• 在函数的栈帧上分配内存
• 函数返回后会自动释放内存

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二、迷途指针

• 如果内存已经释放，而指针还在引用原始内存，这样的指针就称为迷途指针。

迷途指针三种情况

• Case1：free后继续使用指针

int *pi = (int*) malloc(sizeof(int));
*pi = 5;
printf("*pi: %d\n", *pi);
free(pi);

*pi = 10;

• Case2 : 一个以上的指针引用同一内存区域而其中一个指针被释放。如下所示，p1和p2都引用同一块内存区域（称为指针别名），不过p1被释放了

int *p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
*p1 = 5;
...
int *p2;
p2 = p1;
...
free(p1);
...
*p2 = 10; // 迷途指针

• Case3 ： 使用块语句，变量pi可能是全局变量，也可能是局部变量。不过当包含tmp的块出栈之后，地址就不再有效（大部分编译器都把块语句当做一个栈帧。tmp变量分配在栈帧上，之后在块语句退出时会出栈）

int *pi;
...
{
    int tmp = 5;
    pi = &tmp;
}
// 这里pi变成了迷途指针
foo();

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三、内存释放

free

• 如果是在函数内分配内存，那么就应该在同一个函数内释放它
  void free(void *ptr);

int *pi = (int*) malloc(sizeof(int));
...
free(pi);

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四、垃圾回收技术

RAII

• 资源获取即初始化（Resource Acquisition Is Initialization，RAII）

• [C++] Vector Changing Size allocator 、RAII 、 unique_ptr https://www.jianshu.com/p/b60f4021027e

• 在C中使用RAII
  
  

  在C中使用RAII

#include 
#include 
#include 


#define RAII_VARIABLE(vartype,varname,initval,dtor) \
    void _dtor_ ## varname (vartype * v) { dtor(*v); } \
    vartype varname __attribute__((cleanup(_dtor_ ## varname))) = (initval)
    
void raiiExample() {
    RAII_VARIABLE(char*, name, (char*)malloc(32), free);
    strcpy(name,"RAII Example: HELLO");
    printf("%s\n",name);
}
    
int main () {
    
   raiiExample();
   return(0);
}

RAII_VARIABLE宏，一旦变量超出作用域会自动触发释放过程。

异常处理函数

• Microsoft Visual Studio版的C语言 限定用法

image.png

#include 
#include 
#include 


void exceptionExample() {
    int* pi = NULL;
    __try {
        pi = (int*)malloc(sizeof(int));
        *pi = 5;
        printf("%d\n", *pi);
    }
    __finally {
        free(pi);
    }
}

int main() {

    exceptionExample();
    return(0);
}

• Exceptions in C

This is a small page for my hack in plain C (not C++) --- Implementing Exceptions in C Programming language, written by Adomas Paltanavičius.
https://adom.as/excc/

五、参考资料

• [Valgrind]检测动态分配的内存DAM（Dynamically Allocated Memory）
  https://www.jianshu.com/p/e3bb358ccc3f

• 使用 CRT 库查找内存泄漏
  https://docs.microsoft.com/zh-cn/visualstudio/debugger/finding-memory-leaks-using-the-crt-library?view=vs-2015

• Boehm-Weiser Collector（http://www.hpl.hp.com/personal/Hans_Boehm/gc/）可以作为手动内存管理的替换方法，不过它不属于语言的一部分。