【C语言】内存分配函数malloc/ calloc/ realloc及内存释放free

前言：

内存区域划分与分配：

1、栈区（stack）——程序运行时由编译器自动分配，存放函数的参数值，局部变量的值等，程序结束时由编译器自动释放。

2、堆区（heap） —— 在内存开辟另一块存储区域。一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。

3、全局区（静态区）（static）——编译器编译时即分配内存。全局变量和静态变量的存储是放在一块的。对于C语言初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。而C++则没有这个区别 - 程序结束后由系统释放

4、文字常量区 ——常量字符串就是放在这里的， 程序结束后由系统释放。

5、程序代码区——存放函数体的二进制代码。

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初识内存分配函数malloc/ calloc/ realloc及内存释放free

从前言中我们知道，如果要想申请一段动态内存需要常见的堆上内存管理函数malloc(), calloc(), recalloc(), free()，而堆上的内存空间不会自动释放，直到调用free()函数，才会释放堆上的存储空间。

接下来我们一起来看一下这些函数具体实现及功能区别

1、malloc()

头文件：stdlib.h

声明：void *malloc(size_t size);

含义：在堆上，分配size个字节，并返回void指针类型。

返回值：分配内存成功，返回分配的堆上存储空间的首地址；否则，返回NULL

例如：给一个长度为4的字符数组申请一个动态内存

char *p = (char *)malloc(4*sizeof(char));

2、calloc()

头文件：stdlib.h

声明：void *calloc(size_t nobj, size_t size);

含义：在堆上，分配nobj*size个字节，并初始化为0，返回void* 类型

返回值：同malloc() 函数

例如：给一个长度为4的字符数组申请一个动态内存，并初识化为0.

char *p = (char *)calloc(4,sizeof(char));

=char *p = (char *)malloc(4*sizeof(char));

for(int i=0;i<4;i++)

{

p[i]=0;

} 

3、recalloc()

头文件：stdlib.h

声明：void *realloc(void *p, size_t size);//新的大小一定要大于原来的大小不然的话会导致数据丢失！

含义：重新分配堆上的void指针p所指的空间为个字节，同时会复制原有内容到新分配的堆上存储空间。注意，若原来的void指针p在堆上的空间不大于n个字节，则保持不变。

返回值：同malloc() 函数

例如：给一个长度为4的字符数组动态内存扩容为一个长度为8的字符数组

p=(char*)realloc(p,8*sizeof(char))

=char *p = (char *)malloc(4*sizeof(char));

for(int i=0;i<4;i++)

{

p[i]=i;

} 

char *q = (char *)malloc(8*sizeof(char));

for(int i=0;i<4;i++)

{

q[i]=p[i];

} 

free(p);

p=q;

q=NULL;

(过程大概如右：重新申请一段内存——>将原来的值移到新空间——>释放原来内存——>更改地址）

4、free()

头文件：stdlib.h

声明：void free(void *p);

含义：释放void指针p所指的堆上的空间。

返回值：无

对于free(p)这句语句，如果p 是NULL 指针，那么free 对p无论操作多少次都不会出问题。如果p 不是NULL 指针，那么free 对p连续操作两次就会导致程序运行错误。

free函数如何知道释放的位置及大小？

答案：实际上在free释放的时候会根据传入的地址向前偏移一定字节（头）， 从这些字节中获取具体的内存块大小并释放。

free 函数崩溃的原因：

1、越界（把尾信息给破坏了）

2、修改指针的指向（free找不到头信息）

3、重复释放同一段内存

4、释放非动态创建的内存