C語言之動態記憶體管理

關於動態記憶體管理

關於動態記憶體管理的函式原型定義在stdlib.h標頭檔案中，Linux系統中該標頭檔案所在路徑為：/usr/include/，stdlib.h中定義的與動態記憶體管理相關函式的原型為：

void *malloc(size_t size);
void *calloc(size_t numElement, size_t elementSize);
void *realloc(void *ptr, size_t size);
void free(void *ptr);

---

從堆中分配記憶體

• void *malloc(size_t size)
  malloc函式通過引數指定需要分配的記憶體大小(單位：位元組)，若堆中存在足夠記憶體則返回起始地址，否則返回NULL，示例程式碼如下：

  #include <stdlib.h>
  #include <stdio.h>
  
  
  int main(void) {
      int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
      if (!ptr) {
          printf("out of memory\n");
          return -1;
      }
      /***** do something for ptr here *****/
      free(ptr);  // 手動釋放動態分配的記憶體
      ptr = NULL;  // 堆記憶體釋放後，指標一般置為空指標，否則會造成懸空指標
      return 0;
  }
  

  從堆中開闢的記憶體使用完畢必須手動釋放歸還給堆管理器

• void *calloc(size_t numElement, size_t elementSize)
  calloc函式通過指定元素個數和元素大小分配記憶體，若堆中存在足夠記憶體則返回起始地址，否則返回NULL，示例程式碼如下：

  #include <stdlib.h>
  #include <stdio.h>
  
  
  int main(void) {
      int *ptr = (int *) calloc(5, sizeof(int));
      if (!ptr) {
          printf("out of memory\n");
          return -1;
      }
      /***** do something for ptr here *****/
      free(ptr);
      ptr = NULL;
      return 0;
  }
  

  但和malloc不同的是calloc會對開闢的記憶體進行零初始化，即int *ptr = (int *) calloc(5, sizeof(int));與下述程式碼等價（memset函式原型定義在string.h中）：

  int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
  if (ptr) {
      memset(ptr, 0, 5 * sizeof(int));
  }
  

• void *realloc(void *ptr, size_t size)
  realloc函式作用為擴大或縮小已分配的堆記憶體或者NULL，該函式接受兩個引數，第一個引數指定要擴大或縮小的記憶體地址；第二個引數指定擴大或縮小後的記憶體大小，示例程式碼如下：

  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  
  
  int main(void) {
      int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
      if (!ptr) {
          printf("out of memory\n");
          return -1;
      }
      int *tmp_ptr = (int *) realloc(ptr, 10 * sizeof(int));
      if (!tmp_ptr) {
          printf("out of memory\n");
          free(ptr);  // 若不再需要ptr則需釋放
          ptr = NULL;
          return -1;
      }
      ptr = tmp_ptr;
      tmp_ptr = NULL;  // 一般保證開闢的堆記憶體只有一個引用，否則容易重複釋放
      /***** do something for ptr here *****/
      free(ptr);
      ptr = NULL;
      return 0;
  }
  

  使用realloc需要注意的是當記憶體不足返回為NULL時，realloc不會將引數ptr指向的記憶體釋放，需要人為動手釋放，因此不可以寫如下程式碼：

  #include <stdlib.h>
  int main(void) {
      int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
      if (!ptr) {
          printf("out of memory\n");
          return -1;
      }
      ptr = (int *) realloc(ptr, 10 * sizeof(int));
      /*****此處若記憶體不足realloc返回NULL，ptr將丟失之前malloc分配的記憶體地址，造成記憶體洩漏*****/
      return 0;
  }
  

---

釋放記憶體

• void free(void *ptr)
  free函式的作用是將從堆中分配的記憶體釋放歸還給堆，以便後續可以分配給其他的物件，該函式的引數為動態分配記憶體的地址。使用free函式時要注意，引數必須為malloc、calloc、realloc的返回值或NULL，否則將產生free(): invalid pointer執行時錯誤，示例程式碼1如下：

  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  
  
  int main(void) {
      int a = 99;
      int *ptr = &a;
      free(ptr);  // 產生執行時錯誤，因為ptr指向棧記憶體
      ptr = NULL;
      return 0;
  }
  

  示例程式碼2如下：

  int main(void) {
      int *ptr = (int *) malloc(5 * sizeof(int));
      ptr++;
      free(ptr);  // 產生執行時錯誤，因為ptr已經不指向malloc分配記憶體的首地址
      ptr = NULL;
      return 0;
  }