【c++内存系列】三、c中的malloc，calloc，realloc,_alloca及c++中的new，new[]用法

一、c++中的new/delete, new []/delete []

1. 基本格式：

new/delete动态管理对象，new[]/delete[]动态管理对象数组。

因此new的作用就是：
调用operator new分配空间。
调用构造函数初始化对象。
delete作用
调用析构函数清理对象；
调用operator delete释放空间。
new[ ]的作用
调用operator new分配空间。
调用N次构造函数分别初始化每个对象。
delete[ ]的作用
调用N次析构函数清理对象。
调用operator delete释放空间。

上述部分主要参考自：https://www.cnblogs.com/tp-16b/p/8684298.html

 

二、c中的malloc与free

1. malloc函数

malloc函数的原型：

(void *)malloc(int size)

看到了没有，这里的返回类型是(void *)，这是多巧妙的一个设计啊。

malloc函数的返回值是一个void类型的指针，参数为int类型数据，即申请分配的内存大小，单位是byte。内存分配成功之后，malloc函数返回这块内存的首地址。你需要一个指针来接收这个地址。但是由于函数的返回值是void *类型的，所以必须强制转换成你所接收的类型。也就是说，这块内存将要用来存储什么类型的数据。比如：

char *p = (char *)malloc(100);

在堆上分配了100个字节内存，返回这块内存的首地址，把地址强制转换成char *类型后赋给char *类型的指针变量p。同时告诉我们这块内存将用来存储char类型的数据。也就是说你只能通过指针变量p来操作这块内存。这块内存本身并没有名字，对它的访问是匿名访问。
　

上面就是使用malloc函数成功分配一块内存的过程。但是，每次你都能分配成功吗？

不一定。

函数同样要注意这点：如果所申请的内存块大于目前堆上剩余内存块（整块），则内存分配会失败，函数返回NULL。注意这里说的“堆上剩余内存块”不是所有剩余内存块之和，因为malloc函数申请的是连续的一块内存。既然malloc函数申请内存有不成功的可能，那我们在使用指向这块内存的指针时，必须用if（NULL！=p）语句来验证内存确实分配成功了。

用 malloc 函数申请 0 字节内存

另外还有一个问题：用malloc函数申请0字节内存会返回NULL指针吗？
可以测试一下，也可以去查找关于malloc函数的说明文档。申请0字节内存，函数并不返回NULL，而是返回一个正常的内存地址。但是你却无法使用这块大小为0的内存。这好尺子上的某个刻度，刻度本身并没有长度，只有某两个刻度一起才能量出长度。对于这一点一定要小心，因为这时候if（NULL！=p）语句校验将不起作用。

2. free函数

既然有分配，那就必须有释放。不然的话，有限的内存总会用光，而没有释放的内存却在空闲。与malloc对应的就是free函数了。free函数只有一个参数，就是所要释放的内存块的首地址。比如上例：

free(p);

free函数看上去挺狠的，但它到底作了什么呢？

其实它就做了一件事：斩断指针变量与这块内存的关系。

比如上面的例子，我们可以说malloc函数分配的内存块是属于p的，因为我们对这块内存的访问都需要通过p来进行。free函数就是把这块内存和p之间的所有关系斩断。从此p和那块内存之间再无瓜葛。至于指针变量p本身保存的地址并没有改变，但是它对这个地址处的那块内存却已经没有所有权了。那块被释放的内存里面保存的值也没有改变，只是再也没有办法使用了。

这就是free函数的功能。按照上面的分析，如果对p连续两次以上使用free函数，肯定会发生错误。因为第一使用free函数时，p所属的内存已经被释放，第二次使用时已经无内存可释放了。关于这点，陈正冲老师上课时让学生记住的是：一定要一夫一妻制，不然肯定出错。

malloc两次只free一次会内存泄漏；malloc一次free两次肯定会出错。也就是说，在程序中malloc的使用次数一定要和free相等，否则必有错误。这种错误主要发生在循环使用malloc函数时，往往把malloc和free次数弄错了。

4.内存释放之后

既然使用free函数之后指针变量p本身保存的地址并没有改变，那我们就需要重新把p的值变为NULL：

1
p = NULL;
这个NULL就是我们前面所说的“栓野狗的链子”。如果你不栓起来迟早会出问题的。比如：

在free（p）之后，你用if（NULL！=p）这样的校验语句还能起作用吗？
例如：

char *p = (char *) malloc(100);
strcpy(p, “hello”);
free(p); /* p 所指的内存被释放，但是p所指的地址仍然不变*/
⋯
if (NULL != p)
{
/* 没有起到防错作用*/
strcpy(p, “world”); /* 出错*/
}

释放完块内存之后，没有把指针置NULL，这个指针就成为了“野指针”，也有书叫“悬垂指针”。这是很危险的，而且也是经常出错的地方。所以一定要记住一条：free完之后，一定要给指针置NULL。

内存已经被释放了，但是继续通过指针来使用

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这里一般有三种情况：

第一种：就是上面所说的，free（p）之后，继续通过p指针来访问内存。解决的办法就是给p置NULL。

第二种：函数返回栈内存。这是初学者最容易犯的错误。比如在函数内部定义了一个数组，却用return语句返回指向该数组的指针。解决的办法就是弄明白栈上变量的生命周期。

第三种：内存使用太复杂，弄不清到底哪块内存被释放，哪块没有被释放。解决的办法是重新设计程序，改善对象之间的调用关系。

该部分主要参考自： https://www.cnblogs.com/chunzhulovefeiyue/p/6821317.html

 

三、关于malloc的亲戚们：calloc, realloc, _alloc

1. calloc：

calloc是一个C语言函数

　　函数名: calloc

　　void *calloc(unsigned n,unsigned size)；

　　功 能: 在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间，函数返回一个指向分配起始地址的指针；如果分配不成功，返回NULL。

　　跟malloc的区别：calloc在动态分配完内存后，自动初始化该内存空间为零，而malloc不初始化，里边数据是随机的垃圾数据。

2. realloc：

原型：extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);

语法：指针名=（数据类型*）realloc（要改变内存大小的指针名，新的大小）。//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！

头文件：#include <stdlib.h> 有些编译器需要#include <malloc.h>，在TC2.0中可以使用alloc.h头文件

功能：先判断当前的指针是否有足够的连续空间，如果有，扩大mem_address指向的地址，并且将mem_address返回，如果空间不够，先按照newsize指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来mem_address所指内存区域，同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。　　

返回值：如果重新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。　

注意：这里原始内存中的数据还是保持不变的。当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。

 3. _alloca：

函数原型为：void * __cdecl alloca(size_t);

内存分配函数,与malloc,calloc,realloc类似.
　　但是注意一个重要的区别,_alloca是在栈(stack)上申请空间,用完马上就释放.
　　包含在头文件malloc.h中.
　　在某些系统中会宏定义成_alloca使用.

该部分内容参考自：https://www.cnblogs.com/particle/archive/2012/09/01/2667034.html

 

四、new家族与malloc家族的区别与联系

*  malloc/free只是动态分配内存空间/释放空间。而new/delete除了分配空间还会调用构造函数和析构函数进行初始化与清理（清理成员）。

*  它们都是动态管理内存的入口。
*  malloc/free是C/C++标准库的函数，new/delete是C++操作符。
*  malloc/free需要手动计算类型大小且返回值w为void*，new/delete可自动计算类型的大小，返回对应类型的指针。

*  malloc/free管理内存失败会返回0，new/delete等的方式管理内存失败会抛出异常。

 

尽管看起来new、new[] 和malloc 都能开得空间出来，并且以new 、new[]的方式好像还更有优势。但从系统层面看来，真正开出空间来的还是malloc。为什么这么说呢？

在C++ Primer书中有提到说： new/delete的表达式与标准库函数同名了，所以系统并没有重载new或delete表达式。new/delete真正的实现其实是依赖下面这几个内存管理接口的。c++中称之为“placement版”内存管理接口

接口原型：

void * operator new (size_t size);　　
void operator delete (size_t size);

void * operator new [](size_t size);　　
void operator delete[] (size_t size);

new表达式并不直接开辟内存出来，而是通过调用operator new来获得的内存，而operator new获得的内存实质上还是用malloc开辟出来的。这便证实了前面所述的：开空间出来还是得 malloc来。

同样的道理，delete表达式也不是直接去释放掉内存，比如对对象数组AA* pA = new AA[10] 进行delete

AA* pA = new AA[10];
delete[] pa;

delete[]实际做了这样几件事情：

　　*　依次调用pA指向对象数组中每个对象的析构函数，共10次

　　*　调用operator delete[]()，它将再调用operator delete

　　*　底层用free执行operator delete表达式，依次释放内存

 综合相关资料，小结一下operator new/ operator delete：

 　　1.operator new/operator delete operator new[]/operator delete[] 和 malloc/free用法一样。
 　　2. 他们只负责分配空间/释放空间，不会调用对象构造函数/析构函数来初始化/清理对象。
　　 3. 实际operator new和operator delete只是malloc和free的一层封装

上述部分的详细介绍可参考：https://www.cnblogs.com/tp-16b/p/8684298.html