《C Primer Plus》学习笔记之 C内存管理

第六种存储模型-动态内存分配

对于在C数据的属性（二）存储类一文中提到的五种存储类型，在决定了使用哪一种之后，就自动决定了作用域和存储时期，服从预先制定的内存管理规则。
除此之外，C还提供了第六种更灵活的内存管理方式-基于库函数的动态内存分配

• 内存分配函数malloc()
  
  • 函数malloc()接受一个参数：所需内存字节数。然后malloc()找到可用内存中一个大小合适的块，它并不给内存块分配名字，只返回内存块第一个字节的地址。通常配合指针变量来使用malloc()，ANSI C中malloc定义为指向void的通用指针，可以将它的返回值指派给指向任意数据结构的指针。
  • 若malloc()找不到可用内存，它将返回空指针。

/*这段代码请求30个double类型值的内存空间，并把ptd指向内存空间所在位置*/
double *ptd;
ptd = (double *)malloc(30 * sizeof(double));    //建议使用（并非强制）类型指派运算符(double*)
                                                //1、使程序清晰2、兼容C++

• calloc()
  
  • calloc()接受两个参数（都是无符号整数，ANSI C中为size_t类型）：第一个参数是所需内存单元的数量，第二个参数是每个单元以字节计的大小
  • calloc()将内存块中的所有位都置为0（注意在有些硬件系统中，浮点值0不是用所有位为0 来表示的）

/**/
long * newmem;
newmen = (long *)calloc(100,sizeof(double));

• 函数free()
  
  • 函数free()接受一个参数：malloc()/calloc()返回的地址，即指向malloc()/calloc()分配的内存块的指针。该函数释放malloc()/calloc()分配的内存
  • 不能使用free()来释放通过其他方式（比如声明一个数组）分配的内存。
  • 对应每个malloc()/calloc()调用，都应调用一次free()，否则可能出现内存泄露（memory leak）问题。

设想malloc()/calloc()和free()管理着一个内存池，每次调用malloc()/calloc()从池中分配内存给程序使用，每次调用free()将内存归还到池中，使内存可以再次使用。

【总结】创建一个数组的三种方法

• 声明一个数组，用常量表达式指定数组维数，用数组名访问数组元素
• 声明一个变长数组（VLA），用变量表达式指定数组维数，用数组名访问数组元素（C99新特性）
• 声明一个指针，调用mallo()函数分配内存，然后使用该指针访问数组元素

VLA与malloc()的异同比较

• 相同点
  两种方法都可以创建一个动态数组（dynamic array），即一个在程序运行时才分配内存并可在程序运行时选择大小的数组。
• 不同点
  
  • VLA具有自动存储时期，即在程序运行完定义VLA的代码块之后VLA所占的内存空间会自动释放
  • 通过malloc()分配内存空间创建的数组并不具有自动存储时期，数组的使用并不局限于一个代码块中，通过指针可以供需要对该数组进行操作的函数使用。要释放该数组所占的内存空间，必须调用free()函数。

C的内存管理

C内存管理的理想模型：
程序将可用内存分成三个部分：

• 静态变量（具有外部链接、内部链接或空链接）所占内存
  
  • 这部分内存在程序编译时就已经分配了，其持续时间从程序开始到程序结束。
• 自动变量所占内存
  
  • 这部分内存在程序进入变量定义所在代码块时分配，在程序退出该代码块释放。
  • 这部分内存一般处理为一个堆栈（后入先出）。
• 动态分配内存
  
  • 这部分内存在调用malloc()/calloc()时分配，在调用free()时释放。
  • 这部分内存由程序猿而不是一系列固定的规则控制内存的持续时间，可能在一个函数中分配，在另一个函数中释放，使得这部分内存可能变成碎片状，即在活动的内存块直接散布着未使用的字节片。
  • 使用动态内存往往导致进程比使用堆栈内存慢。