C语言内存管理函数详解：mmap、munmap、malloc与free

C语言内存管理函数详解：mmap、munmap、malloc与free

在C语言编程中，内存管理是核心技能之一。本文将全面介绍C语言中用于内存管理的关键函数，包括mmap、munmap、malloc和free，并详细解释它们的工作原理、使用场景及最佳实践。同时，我们也会列举其他相关的内存管理函数，帮助开发者全面掌握C语言内存管理技术。

一、mmap与munmap：内存映射函数

1. mmap函数详解

mmap（memory map）是Unix/Linux系统下的一个系统调用，用于将文件或设备映射到内存中，或者创建匿名内存映射。

函数原型：

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

参数说明：

• addr：建议映射起始地址，通常设为NULL让系统自动选择
• length：映射区域的长度
• prot：内存保护标志，可以是以下组合：
  • PROT_READ：页内容可读
  • PROT_WRITE：页内容可写
  • PROT_EXEC：页内容可执行
  • PROT_NONE：页不可访问
• flags：映射对象的类型和映射选项：
  • MAP_SHARED：与其他进程共享此映射
  • MAP_PRIVATE：创建写时拷贝的私有映射
  • MAP_ANONYMOUS：创建不与文件关联的匿名映射
  • MAP_FIXED：使用指定的映射起始地址
• fd：要映射的文件描述符（匿名映射时为-1）
• offset：文件映射的起始偏移量

返回值：

• 成功：返回映射区域的起始地址
• 失败：返回MAP_FAILED（即(void *)-1）

典型用途：

1. 文件映射：将文件直接映射到内存，提高I/O性能
2. 大内存分配：分配超过128KB的内存块（避免堆碎片）
3. 进程间通信：通过共享内存实现高效IPC
4. 匿名映射：分配初始化内存（相当于malloc但更灵活）

2. munmap函数详解

munmap用于解除内存映射关系，释放由mmap创建的内存区域。

函数原型：

#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);

参数说明：

• addr：映射区域的起始地址（必须是页对齐的）
• length：要解除映射的区域长度

返回值：

• 成功：返回0
• 失败：返回-1

注意事项：

• 解除映射后，对该区域的访问会导致段错误
• 映射区域会自动被内核回收，不需要像free那样担心内存泄漏
• 对文件映射，内核会在适当时候将脏页写回磁盘

3. mmap与munmap示例代码

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int