关于malloc,realloc和free函数的讲解

最近由于准备考研了，在看到数据结构这块的时候。想动手把书上的代码都实现了。但是由于好长时间没有后写过C的代码，对这几个函数有点疑惑，于是整理了资料。
1. malloc详解
【以下俩点是以前没有注意到的地方】
1) 因为mallo函数返回值是void类型，所以我们必须强制转换指针类型 　
int* p = (int *)malloc (sizeof(int));
2)malloc分配的内存空间在逻辑上连续的，而在物理上可以连续也可以不连续

 1.原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes);

   头文件：#include 或 #include  (注意：alloc.h 与 malloc.h 的内容是完全一致的。)

   功能：分配长度为num_bytes字节的内存块

   说明：如果分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。

   当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。
     malloc 则必须由我们计算要字节数，并且在返回后强行转换为实际类型的指针。
      　int* p;
   　　p = (int *) malloc (sizeof(int));
   　　第一、malloc 函数返回的是 void * 类型，如果你写成：p = malloc (sizeof(int)); 则程序无法通过编译，报错：“不能将 void* 赋值给 int * 类型变量”。所以必须通过 (int *) 来将强制转换。

   　　第二、函数的实参为 sizeof(int) ，用于指明一个整型数据需要的大小。如果你写成：

   　　int* p = (int *) malloc (1);

   　　代码也能通过编译，但事实上只分配了1个字节大小的内存空间，当你往里头存入一个整数，就会有3个字节无家可归，而直接“住进邻居家”！造成的结果是后面的内存中原有数据内容全部被清空。

   　　malloc 也可以达到 new [] 的效果，申请出一段连续的内存，方法无非是指定你所需要内存大小。
   　　比如想分配100个int类型的空间：
   　　int* p = (int *) malloc ( sizeof(int) * 100 ); //分配可以放得下100个整数的内存空间。
   　　另外有一点不能直接看出的区别是，malloc 只管分配内存，并不能对所得的内存进行初始化，所以得到的一片新内存中，其值将是随机的。

   　　除了分配及最后释放的方法不一样以外，通过malloc或new得到指针，在其它操作上保持一致。
    总结：
   malloc()函数其实就在内存中找一片指定大小的空间，然后将这个空间的首地址范围给一个指针变量，这里的指针变量可以是一个单独的指针，也可以是一个数组的首地址，这要看malloc()函数中参数size的具体内容。我们这里malloc分配的内存空间在逻辑上连续的，而在物理上可以连续也可以不连续。对于我们程序员来说，我们关注的是逻辑上的连续，因为操作系统会帮我们安排内存分配，所以我们使用起来就可以当做是连续的。

2. realloc详解

       #include
       1.realloc(void *__ptr, size_t __size)：更改已经配置的内存空间，即更改由malloc()函数分配的内存空间的大小。
       2.如果将分配的内存减少，realloc仅仅是改变索引的信息。
       3.如果是将分配的内存扩大，则有以下情况：
       1）如果当前内存段后面有需要的内存空间，则直接扩展这段内存空间，realloc()将返回原指针。
       2）如果当前内存段后面的空闲字节不够，那么就使用堆中的第一个能够满足这一要求的内存块，将目前的数据复制到新的位置，并将原来的数据块释放掉，返回新的内存块位置。
       3）如果申请失败，将返回NULL，此时，原来的指针仍然有效。

3.    include
          include
          int main(){
              int *test=(int *)calloc(1,sizeof(int));
              if(!test)
                  printf("分配内存错误\n");
              else{
                  printf("指针地址：%X\n",(unsigned int)test);
                  printf("指向内存的内容：%d\n",*test);
                  printf("释放它\n");
                  free(test);
                  printf("释放后，指针的地址：%X\n",(unsigned int)test);
                  printf("释放后，指针指向的内存的内容：%d\n",*test);
              }
              return 0;
          }
     通过上面的小程序，可以看出，在free前后，指针test并没有改变，那么free到底怎么工作呢？
查看man 3 free，其中也没有说明白，只是说free释放掉指定参数指针指向的内存，并返回void。其实，free函数只是将参数指针指向的内存归还给操作系统，并不会把参数指针置NULL，为了以后访问到被操作系统重新分配后的错误数据，所以在调用free之后，通常需要手动将指针置NULL。从另一个角度来看，内存这种底层资源都是由操作系统来管理的，而不是编译器，编译器只是向操作系统提出申请。所以free函数是没有能力去真正的free内存的。只是告诉操作系统它归还了内存，然后操作系统就可以修改内存分配表，以供下次分配。