在任何程序設(shè)計環(huán)境及語言中，內(nèi)存管理都十分重要点骑。在目前的計算機系統(tǒng)或嵌入式系統(tǒng)中匾委，內(nèi)存資源仍然是有限的。因此在程序設(shè)計中诅炉，有效地管理內(nèi)存資源是程序員首先考慮的問題蜡歹。
第1節(jié)主要介紹內(nèi)存管理基本概念屋厘，重點介紹C程序中內(nèi)存的分配，以及C語言編譯后的可執(zhí)行程序的存儲結(jié)構(gòu)和運行結(jié)構(gòu)月而，同時還介紹了堆空間和椇谷鳎空間的用途及區(qū)別。
第2節(jié)主要介紹C語言中內(nèi)存分配及釋放函數(shù)父款、函數(shù)的功能溢谤，以及如何調(diào)用這些函數(shù)申請/釋放內(nèi)存空間及其注意事項。
內(nèi)存管理基本概念
1．C程序結(jié)構(gòu)
下面列出C語言可執(zhí)行程序的基本情況（Linux 2.6環(huán)境/GCC4.0）憨攒。
[root@localhost Ctest]# ls test -l???? //test為一個可執(zhí)行程序
-rwxr-xr-x? 1 root root 4868 Mar 26 08:10 test
[root@localhost Ctest]# file test?//此文件基本情況
test: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV),
for GNU/Linux 2.2.5, dynamically linked (uses shared libs), not stripped
[root@localhost Ctest]# size test??//此二進制可執(zhí)行文件結(jié)構(gòu)情況
//代碼區(qū)靜態(tài)數(shù)據(jù)/全局初始化數(shù)據(jù)區(qū) 未初始化數(shù)據(jù)區(qū) 十進制總和 十六進制總和 文件名
text?? data??? ?????bss??? dec??? hex?filename
906??? 284????? ????4?? ?1194??? 4aa?test
可以看出世杀，此可執(zhí)行程序在存儲時（沒有調(diào)入到內(nèi)存）分為代碼區(qū)（text）、數(shù)據(jù)區(qū)（data）和未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（bss）3個部分肝集。
（1）代碼區(qū)（text segment）瞻坝。存放CPU執(zhí)行的機器指令（machine instructions）。通常杏瞻，代碼區(qū)是可共享的（即另外的執(zhí)行程序可以調(diào)用它）所刀，因為對于頻繁被執(zhí)行的程序，只需要在內(nèi)存中有一份代碼即可捞挥。代碼區(qū)通常是只讀的浮创，使其只讀的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外树肃，代碼區(qū)還規(guī)劃了局部變量的相關(guān)信息蒸矛。
（2）全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)（initialized data segment/data segment）。該區(qū)包含了在程序中明確被初始化的全局變量胸嘴、靜態(tài)變量（包括全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量）和常量數(shù)據(jù)（如字符串常量）雏掠。例如，一個不在任何函數(shù)內(nèi)的聲明（全局數(shù)據(jù)）：
int?? maxcount = 99;
使得變量maxcount根據(jù)其初始值被存儲到初始化數(shù)據(jù)區(qū)中劣像。
static mincount=100;
這聲明了一個靜態(tài)數(shù)據(jù)乡话，如果是在任何函數(shù)體外聲明，則表示其為一個全局靜態(tài)變量耳奕，如果在函數(shù)體內(nèi)（局部）绑青，則表示其為一個局部靜態(tài)變量。另外屋群，如果在函數(shù)名前加上static闸婴，則表示此函數(shù)只能在當前文件中被調(diào)用。
（3）未初始化數(shù)據(jù)區(qū)芍躏。亦稱BSS區(qū)（uninitialized data segment）邪乍，存入的是全局未初始化變量。BSS這個叫法是根據(jù)一個早期的匯編運算符而來，這個匯編運算符標志著一個塊的開始庇楞。BSS區(qū)的數(shù)據(jù)在程序開始執(zhí)行之前被內(nèi)核初始化為0或者空指針（NULL）榜配。例如一個不在任何函數(shù)內(nèi)的聲明：
long? sum[1000];
將變量sum存儲到未初始化數(shù)據(jù)區(qū)。
圖3-1所示為可執(zhí)行代碼存儲時結(jié)構(gòu)和運行時結(jié)構(gòu)的對照圖吕晌。一個正在運行著的C編譯程序占用的內(nèi)存分為代碼區(qū)蛋褥、初始化數(shù)據(jù)區(qū)、未初始化數(shù)據(jù)區(qū)睛驳、堆區(qū)和棧區(qū)5個部分烙心。
（點擊查看大圖）圖3-1 C程序的內(nèi)存布局
（1）代碼區(qū)（text segment）。代碼區(qū)指令根據(jù)程序設(shè)計流程依次執(zhí)行柏靶，對于順序指令弃理，則只會執(zhí)行一次（每個進程），如果反復屎蜓，則需要使用跳轉(zhuǎn)指令痘昌，如果進行遞歸，則需要借助棧來實現(xiàn)炬转。
代碼區(qū)的指令中包括操作碼和要操作的對象（或?qū)ο蟮刂芬茫┝咎ΑＨ绻橇⒓磾?shù)（即具體的數(shù)值，如5）扼劈，將直接包含在代碼中驻啤；如果是局部數(shù)據(jù)，將在棧區(qū)分配空間荐吵，然后引用該數(shù)據(jù)地址骑冗；如果是BSS區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，在代碼中同樣將引用該數(shù)據(jù)地址先煎。
（2）全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)（Data Segment）贼涩。只初始化一次。
（3）未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（BSS）薯蝎。在運行時改變其值遥倦。
（4）棧區(qū)（stack）。由編譯器自動分配釋放占锯，存放函數(shù)的參數(shù)值袒哥、局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧消略。每當一個函數(shù)被調(diào)用堡称，該函數(shù)返回地址和一些關(guān)于調(diào)用的信息，比如某些寄存器的內(nèi)容艺演，被存儲到棧區(qū)粮呢。然后這個被調(diào)用的函數(shù)再為它的自動變量和臨時變量在棧區(qū)上分配空間婿失，這就是C實現(xiàn)函數(shù)遞歸調(diào)用的方法。每執(zhí)行一次遞歸函數(shù)調(diào)用啄寡，一個新的棧框架就會被使用哩照，這樣這個新實例棧里的變量就不會和該函數(shù)的另一個實例棧里面的變量混淆挺物。
（5）堆區(qū)（heap）。用于動態(tài)內(nèi)存分配飘弧。堆在內(nèi)存中位于bss區(qū)和棧區(qū)之間识藤。一般由程序員分配和釋放，若程序員不釋放次伶，程序結(jié)束時有可能由OS回收痴昧。
之所以分成這么多個區(qū)域，主要基于以下考慮：
一個進程在運行過程中冠王，代碼是根據(jù)流程依次執(zhí)行的赶撰，只需要訪問一次，當然跳轉(zhuǎn)和遞歸有可能使代碼執(zhí)行多次柱彻，而數(shù)據(jù)一般都需要訪問多次豪娜，因此單獨開辟空間以方便訪問和節(jié)約空間。
臨時數(shù)據(jù)及需要再次使用的代碼在運行時放入棧區(qū)中哟楷，生命周期短瘤载。
全局數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)有可能在整個程序執(zhí)行過程中都需要訪問，因此單獨存儲管理卖擅。
堆區(qū)由用戶自由分配鸣奔，以便管理。
下面通過一段簡單的代碼來查看C程序執(zhí)行時的內(nèi)存分配情況惩阶。相關(guān)數(shù)據(jù)在運行時的位置如注釋所述挎狸。
//main.cpp
int a = 0;????//a在全局已初始化數(shù)據(jù)區(qū)
char *p1;????//p1在BSS區(qū)（未初始化全局變量）
main()
{
int b;????//b在棧區(qū)
char s[] = "abc";?//s為數(shù)組變量，存儲在棧區(qū)琳猫，
//"abc"為字符串常量伟叛，存儲在已初始化數(shù)據(jù)區(qū)
char *p1，p2;??//p1脐嫂、p2在棧區(qū)
char *p3 = "123456";?//123456\0在已初始化數(shù)據(jù)區(qū)统刮，p3在棧區(qū)
static int c =0；??//C為全局（靜態(tài)）數(shù)據(jù)账千，存在于已初始化數(shù)據(jù)區(qū)
//另外侥蒙，靜態(tài)數(shù)據(jù)會自動初始化
p1 = (char *)malloc(10);//分配得來的10個字節(jié)的區(qū)域在堆區(qū)
p2 = (char *)malloc(20);//分配得來的20個字節(jié)的區(qū)域在堆區(qū)
free(p1);
free(p2);
}
2．內(nèi)存分配方式
在C語言中，對象可以使用靜態(tài)或動態(tài)的方式分配內(nèi)存空間匀奏。
靜態(tài)分配：編譯器在處理程序源代碼時分配鞭衩。
動態(tài)分配：程序在執(zhí)行時調(diào)用malloc庫函數(shù)申請分配。
靜態(tài)內(nèi)存分配是在程序執(zhí)行之前進行的因而效率比較高，而動態(tài)內(nèi)存分配則可以靈活的處理未知數(shù)目的论衍。
靜態(tài)與動態(tài)內(nèi)存分配的主要區(qū)別如下：
靜態(tài)對象是有名字的變量瑞佩，可以直接對其進行操作；動態(tài)對象是沒有名字的變量坯台，需要通過指針間接地對它進行操作炬丸。
靜態(tài)對象的分配與釋放由編譯器自動處理；動態(tài)對象的分配與釋放必須由程序員顯式地管理蜒蕾，它通過malloc()和free兩個函數(shù)（C++中為new和delete運算符）來完成稠炬。
以下是采用靜態(tài)分配方式的例子。
int a=100;
此行代碼指示編譯器分配足夠的存儲區(qū)以存放一個整型值咪啡，該存儲區(qū)與名字a相關(guān)聯(lián)首启，并用數(shù)值100初始化該存儲區(qū)。
以下是采用動態(tài)分配方式的例子撤摸。
p1 = (char *)malloc(10*sizeof(int));//分配得來得10*4字節(jié)的區(qū)域在堆區(qū)
此行代碼分配了10個int類型的對象毅桃，然后返回對象在內(nèi)存中的地址，接著這個地址被用來初始化指針對象p1愁溜，對于動態(tài)分配的內(nèi)存唯一的訪問方式是通過指針間接地訪問疾嗅，其釋放方法為：
free(p1);
棧和堆的區(qū)別
前面已經(jīng)介紹過，棧是由編譯器在需要時分配的冕象，不需要時自動清除的變量存儲區(qū)代承。里面的變量通常是局部變量、函數(shù)參數(shù)等渐扮。堆是由malloc()函數(shù)（C++語言為new運算符）分配的內(nèi)存塊论悴，內(nèi)存釋放由程序員手動控制，在C語言為free函數(shù)完成（C++中為delete）墓律。棧和堆的主要區(qū)別有以下幾點：
（1）管理方式不同檩咱。
棧編譯器自動管理梢薪，無需程序員手工控制粪般；而堆空間的申請釋放工作由程序員控制秧秉，容易產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。
（2）空間大小不同针肥。
棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)饼记，是一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的慰枕，當申請的空間超過棧的剩余空間時具则，將提示溢出。因此具帮，用戶能從棧獲得的空間較小博肋。
堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)低斋，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。因為系統(tǒng)是用鏈表來存儲空閑內(nèi)存地址的匪凡，且鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址膊畴。由此可見，堆獲得的空間較靈活病游，也較大巴比。棧中元素都是一一對應(yīng)的，不會存在一個內(nèi)存塊從棧中間彈出的情況礁遵。
（3）是否產(chǎn)生碎片。
對于堆來講采记，頻繁的malloc/free（new/delete）勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)佣耐，從而造成大量的碎片，使程序效率降低（雖然程序在退出后操作系統(tǒng)會對內(nèi)存進行回收管理）唧龄。對于棧來講兼砖，則不會存在這個問題。
（4）增長方向不同既棺。
堆的增長方向是向上的讽挟，即向著內(nèi)存地址增加的方向；棧的增長方向是向下的丸冕，即向著內(nèi)存地址減小的方向耽梅。
（5）分配方式不同。
堆都是程序中由malloc()函數(shù)動態(tài)申請分配并由free()函數(shù)釋放的胖烛；棧的分配和釋放是由編譯器完成的眼姐，棧的動態(tài)分配由alloca()函數(shù)完成，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的佩番，他的動態(tài)分配是由編譯器進行申請和釋放的众旗，無需手工實現(xiàn)。
（6）分配效率不同趟畏。
棧是機器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)贡歧，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行赋秀。堆則是C函數(shù)庫提供的利朵，它的機制很復雜，例如為了分配一塊內(nèi)存沃琅，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系統(tǒng)）在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大的空間哗咆，如果沒有足夠大的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有需要操作系統(tǒng)來重新整理內(nèi)存空間益眉，這樣就有機會分到足夠大小的內(nèi)存晌柬，然后返回姥份。顯然，堆的效率比棧要低得多年碘。
Linux數(shù)據(jù)類型大小
在Linux操作系統(tǒng)下使用GCC進行編程澈歉，目前一般的處理器為32位字寬，下面是/usr/include/limit.h文件對Linux下數(shù)據(jù)類型的限制及存儲字節(jié)大小的說明屿衅。
/* We don't have #include_next.?? Define ANSI? for standard 32-bit words.? */
/* These assume 8-bit 'char's, 16-bit 'short int's,?? and 32-bit 'int's and 'long int's.? */
1．char數(shù)據(jù)類型
char類型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存空間為8位埃难。其中有符號字符型變量取值范圍為?128～127，無符號型字符變量取值范圍為0～255涤久。其限制如下：
/* Number of bits in a 'char'.?*/
#? define CHAR_BIT?8??????????//所占字節(jié)數(shù)
/* Minimum and maximum values a 'signed char' can hold.? */??//有符號字符型范圍
#? define SCHAR_MIN?(-128)
#? define SCHAR_MAX?127
/* Maximum value an 'unsigned char' can hold.? (Minimum is 0.)? */?//無符號字符型范圍
#? define UCHAR_MAX?255
/* Minimum and maximum values a 'char' can hold.? */
#? ifdef __CHAR_UNSIGNED__
#?? define CHAR_MIN?0
#?? define CHAR_MAX?UCHAR_MAX
#? else
#?? define CHAR_MIN?SCHAR_MIN
#?? define CHAR_MAX?SCHAR_MAX
#? endif
2．short int數(shù)據(jù)類型
short int類型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存空間為16位涡尘。其中有符號短整型變量取值范圍為?32768～32767，無符號短整型變量取值范圍為0～65535响迂。其限制如下：
/* Minimum and maximum values a 'signed short int' can hold.? */?// 有符號短整型范圍
#? define SHRT_MIN?(-32768)
#? define SHRT_MAX?32767
/* Maximum value an 'unsigned short int' can hold.? (Minimum is 0.)? */// 無符號短整型范圍
#? define USHRT_MAX?65535
3．int數(shù)據(jù)類型
int類型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存空間為32位考抄。其中有符號整型變量取值范圍為?2147483648～2147483647，無符號型整型變量取值范圍為0～4294967295U蔗彤。其限制如下：
/* Minimum and maximum values a 'signed int' can hold.? */??//整形范圍
#? define INT_MIN?(-INT_MAX - 1)
#? define INT_MAX?2147483647
/* Maximum value an 'unsigned int' can hold.? (Minimum is 0.)? */?//無符號整形范圍
#? define UINT_MAX?4294967295U
4．long int數(shù)據(jù)類型
隨著宏__WORDSIZE值的改變川梅，long int數(shù)據(jù)類型的大小也會發(fā)生改變。如果__WORDSIZE的值為32然遏，則long int和int類型一樣贫途，占有32位。在Linux GCC4.0-i386版本中待侵，默認情況下__WORDSIZE的值為32丢早。其定義如下：
//come from /usr/include/bits/wordsize.h
#define __WORDSIZE?32
在64位機器上，如果__WORDSIZE的值為64诫给， long int類型數(shù)據(jù)所占內(nèi)存空間為64位香拉。其中有長整型變量取值范圍為-9223372036854775808L～3372036854775807L，無符號長整型變量取值范圍為0～18446744073709551615UL中狂。其限制如下：
/* Minimum and maximum values a 'signed long int' can hold.? */?//有符號長整形范圍
#? if __WORDSIZE == 64
#?? define LONG_MAX?9223372036854775807L
#? else
#?? define LONG_MAX?2147483647L
#? endif
#? define LONG_MIN?(-LONG_MAX - 1L)
/* Maximum value an 'unsigned long int' can hold.? (Minimum is 0.)? *///無符號長整形范圍
#? if __WORDSIZE == 64
#?? define ULONG_MAX?18446744073709551615UL
#? else
#?? define ULONG_MAX?4294967295UL
#? endif
5．long long int數(shù)據(jù)類型
在C99中凫碌，還定義了long long int數(shù)據(jù)類型。其數(shù)據(jù)類型限制如下：
#? ifdef __USE_ISOC99
/* Minimum and maximum values a 'signed long long int' can hold.? *///無符號長長整形范圍
#?? define LLONG_MAX?9223372036854775807LL
#?? define LLONG_MIN?(-LLONG_MAX - 1LL)
/* Maximum value an 'unsigned long long int' can hold.? (Minimum is 0.)? *///有符號長長整形范圍
#?? define ULLONG_MAX?18446744073709551615ULL
#? endif /* ISO C99 */
數(shù)據(jù)存儲區(qū)域?qū)嵗?/b>
此程序顯示了數(shù)據(jù)存儲區(qū)域?qū)嵗搁牛诖顺绦蛑惺⑾眨褂昧薳text、edata和end3個外部全局變量勋又，這是與用戶進程相關(guān)的虛擬地址苦掘。
在程序源代碼中列出了各數(shù)據(jù)的存儲位置，同時在程序運行時顯示了各數(shù)據(jù)的運行位置楔壤，圖3-2所示為程序運行過程中各變量的存儲位置鹤啡。
圖3-2 函數(shù)運行時各數(shù)據(jù)位置
主函數(shù)源代碼如下：
[root@localhost linux_app]# cat mem_add.c
#include
#include
#include
#include
extern void afunc(void);
extern etext,edata,end;
int bss_var;?????????????????????????? ?????//未初始化全局數(shù)據(jù)存儲在BSS區(qū)
int data_var=42;??????????????????????? ????//初始化全局數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)區(qū)
#define SHW_ADR(ID,I) printf("the %8s\t is at adr:%8x\n",ID,&I);?//打印地址宏
int main(int argc,char *argv[])
{
char *p,*b,*nb;
printf("Adr etext:%8x\t Adr edata %8x\t Adr end %8x\t\n",&etext,&edata,&end);
printf("\ntext Location:\n");
SHW_ADR("main",main);????????? ????//查看代碼段main函數(shù)位置
SHW_ADR("afunc",afunc);?????? ????//查看代碼段afunc函數(shù)位置
printf("\nbss Location:\n");
SHW_ADR("bss_var",bss_var);? ????/查看BSS段變量位置
printf("\ndata location:\n");
SHW_ADR("data_var",data_var);?? ??/查看數(shù)據(jù)段變量
printf("\nStack Locations:\n");
afunc();
p=(char *)alloca(32);????????? ????//從棧中分配空間
if(p!=NULL)
{
SHW_ADR("start",p);
SHW_ADR("end",p+31);
}
b=(char *)malloc(32*sizeof(char)); ??//從堆中分配空間
nb=(char *)malloc(16*sizeof(char));??//從堆中分配空間
printf("\nHeap Locations:\n");
printf("the Heap start: %p\n",b);???//堆起始位置
printf("the Heap end:%p\n",(nb+16*sizeof(char)));//堆結(jié)束位置
printf("\nb and nb in Stack\n");
SHW_ADR("b",b);???????//顯示棧中數(shù)據(jù)b的位置
SHW_ADR("nb",nb); ??????//顯示棧中數(shù)據(jù)nb的位置
free(b);?????????//釋放申請的空間，以避免內(nèi)存泄漏
free(nb); ????????//釋放申請的空間蹲嚣，以避免內(nèi)存泄漏
}
子函數(shù)源代碼如下：
void afunc(void)
{
static int long level=0;??????? ??//靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)段中
int????? stack_var;?????????????? ??//局部變量递瑰，存儲在棧區(qū)
if(++level==5)
{
return;
}
printf("stack_var is at:%p\n",&stack_var);
//????? SHW_ADR("stack_var in stack section",stack_var);
//????? SHW_ADR("Level in data section",level);
afunc();
}
函數(shù)運行結(jié)果如下：
[root@localhost linux_app]# gcc -o mem_add mem_add.c?//編譯
[root@localhost linux_app]# ./mem_add ????//運行結(jié)果
Adr etext: 8048702?????? Adr edata? 8049950????? Adr end? 804995c
text Location:
the???? main???? is at adr: 8048418
the??? afunc???? is at adr: 8048611
bss Location:
the? bss_var???? is at adr: 8049958
data location:
the data_var???? is at adr: 804994c
Stack Locations:
the stack_var in stack section?? ?is at adr:bfbf6c44
the Level in data section??????? ?is at adr: 8049954
the stack_var in stack section?? ?is at adr:bfbf6c24
the Level in data section??????? ?is at adr: 8049954
the stack_var in stack section?? ?is at adr:bfbf6c04
the Level in data section??????? ?is at adr: 8049954
the stack_var in stack section?? ?is at adr:bfbf6be4
the Level in data section??????? ?is at adr: 8049954
the??? start???? is at adr:bfbf6c74
the????? end???? is at adr:bfbf6cf0
Heap Locations:
the Heap start: 0x8453008
the Heap end:0x8453040
b and nb in Stack
the??????? b???? is at adr:bfbf6c70
the?????? nb???? is at adr:bfbf6c6c
如果運行環(huán)境不一樣祟牲，運行程序的地址與此將有差異，但是抖部，各區(qū)域之間的相對關(guān)系不會發(fā)生變化说贝。可以通過readelf命令來查看可執(zhí)行文件的詳細內(nèi)容慎颗。
[root@localhost yangzongde]# readelf -a memadd
3.2 內(nèi)存管理函數(shù)
3.2.1 malloc/free函數(shù)
Malloc()函數(shù)用來在堆中申請內(nèi)存空間乡恕，free()函數(shù)釋放原先申請的內(nèi)存空間。Malloc()函數(shù)是在內(nèi)存的動態(tài)存儲區(qū)中分配一個長度為size字節(jié)的連續(xù)空間俯萎。其參數(shù)是一個無符號整型數(shù)傲宜，返回一個指向所分配的連續(xù)存儲域的起始地址的指針。當函數(shù)未能成功分配存儲空間時（如內(nèi)存不足）則返回一個NULL指針夫啊。
由于內(nèi)存區(qū)域總是有限的蛋哭，不能無限制地分配下去，而且程序應(yīng)盡量節(jié)省資源涮母，所以當分配的內(nèi)存區(qū)域不用時，則要釋放它躁愿，以便其他的變量或程序使用叛本。
這兩個函數(shù)的庫頭文件為：
＃include
函數(shù)定義如下：
void *malloc(size_t size)???//返回類型為空指針類型
void free(void *ptr)
例如：
int *p1,*p2;
p1=(int *)malloc(10*sizeof(int));
p2=p1;
……
free(p2) ;??????/*或者free(p1)*/
p1=NULL;???????/*或者p2=NULL */
malloc()函數(shù)返回值賦給p1，又把p1的值賦給p2彤钟，所以此時p1来候，p2都可作為free函數(shù)的參數(shù)。使用free()函數(shù)時逸雹，需要特別注意下面幾點：
（1）調(diào)用free()釋放內(nèi)存后营搅，不能再去訪問被釋放的內(nèi)存空間。內(nèi)存被釋放后梆砸，很有可能該指針仍然指向該內(nèi)存單元转质，但這塊內(nèi)存已經(jīng)不再屬于原來的應(yīng)用程序，此時的指針為懸掛指針（可以賦值為NULL）帖世。
（2）不能兩次釋放相同的指針休蟹。因為釋放內(nèi)存空間后，該空間就交給了內(nèi)存分配子程序日矫，再次釋放內(nèi)存空間會導致錯誤赂弓。也不能用free來釋放非malloc()、calloc()和realloc()函數(shù)創(chuàng)建的指針空間哪轿，在編程時盈魁，也不要將指針進行自加操作，使其指向動態(tài)分配的內(nèi)存空間中間的某個位置窃诉，然后直接釋放杨耙，這樣也有可能引起錯誤赤套。
（3）在進行C語言程序開發(fā)中，malloc/free是配套使用的按脚，即不需要的內(nèi)存空間都需要釋放回收于毙。
下面是使用這兩個函數(shù)的一個例子。
[root@localhost yangzongde]# cat malloc_example.c
#include?????????????? //printf()????//(1)頭文件信息
#include????????????? //malloc()????//(2)
int main(int argc,char* argv[],char* envp[])???//(3)
{
int count;
int* array;
if((array=(int *)malloc(10*sizeof(int)))==NULL) ?//(4)分配空間
{
printf("malloc memory unsuccessful");
exit(1);
}
for (count=0;count<10;count++) ?????//(5) 賦值
{
*array=count;
array++;
}
for(count=9;count>=0;count--)?????????????? ???//(6)賦值
{
array--;
printf("%4d",*array);
}
printf("\n");
free(array); ???????//(7)釋放空間
array=NULL; ??????//(8)將指針置為空辅搬，避免不安全訪問
exit (0);
}
[root@localhost yangzongde]# gcc -o malloc_example malloc_example.c ?//編譯
[root@localhost yangzongde]# ./malloc_example ??????//運行
9?? 8?? 7?? 6?? 5?? 4?? 3?? 2?? 1?? 0
在以上程序中唯沮，（1）句中包含stdio.h頭文件，從而在后面可以調(diào)用printf()函數(shù)堪遂。（2）句中包含stdlib.h頭文件介蛉，其是malloc()函數(shù)的頭文件。（3）句為函數(shù)的入口位置溶褪，此處采用Linux下編程標準币旧，返回值為int型，argc為參數(shù)個數(shù)猿妈， argv[]為參數(shù)吹菱，envp[]存放的是所有環(huán)境變量。（4）句動態(tài)分配了10個整型存儲區(qū)域彭则，此語句可以分為以下幾步鳍刷。
① 分配10個整型的連續(xù)存儲空間，并返回一個指向其起始地址的整型指針俯抖。
② 把此整型指針地址賦給array输瓜。
③ 檢測返回值是否為NULL。
（5）芬萍、（6）句為數(shù)組賦值并打印輸出尤揣，以免內(nèi)存泄漏。（7）句調(diào)用free()函數(shù)釋放內(nèi)存空間柬祠。（8）句將一個NULL指針傳遞給array北戏，雖然在很多情況下可以不用此句，但這樣處理可以避免此指針成為野指針漫蛔。
在C++中最欠，使用new和delete運算符來實現(xiàn)內(nèi)存的分配和釋放，使用new/delete運算符實現(xiàn)內(nèi)存管理比使用malloc/free函數(shù)更有優(yōu)越性惩猫。new/delete運算符定義如下：
static void* operator new(size_t sz);?????//new運算符
static void? operator delete(void* p); ?????//delete運算符
下面是一段C++程序代碼：
void UseNewDelete(void)
{
Obj? *a = new Obj;?????? ????//申請動態(tài)內(nèi)存并且初始化
//…
delete a;??????????????? ???//清除并且釋放內(nèi)存
}
下面詳細介紹C++中new/delete運算符的使用方法芝硬。
class A
{
public:
A() ?{?? cout<<"A is here!"<
int i;
};
A* pA=new A;?????//調(diào)用new運算符申請空間
delete pA;??????//刪除pA
其中，語句new A完成了以下兩個功能：
（1）調(diào)用運算符new轧房，在自由存儲區(qū)分配一個sizeof(A)大小的內(nèi)存空間拌阴。
（2）調(diào)用構(gòu)造函數(shù)A()，在這塊內(nèi)存空間上初始化對象奶镶。
當然迟赃，delete pA完成相反的兩件事：
（1）調(diào)用析構(gòu)函數(shù)～A()陪拘，銷毀對象。
（2）調(diào)用運算符delete纤壁，釋放內(nèi)存左刽。
由此可以看出，運算符new和delete提供了動態(tài)分配和釋放存儲區(qū)的功能酌媒。它們的作用相當于C語言的malloc()和free()函數(shù)欠痴，但是性能更為優(yōu)越。使用new比使用malloc（）有以下幾個優(yōu)點：
（1）new自動計算要分配給對象的內(nèi)存空間大小秒咨，不使用sizeof運算符喇辽，簡單，而且可以避免錯誤雨席。
（2）自動地返回正確的指針類型菩咨，不用進行強制類型轉(zhuǎn)換。
（3）用構(gòu)造函數(shù)給分配的對象進行初始化陡厘。
但是抽米，使用malloc函數(shù)和new分配內(nèi)存的時候，本身并沒有對這塊內(nèi)存空間做清零等任何動作糙置。因此缨硝，申請內(nèi)存空間后，其返回的新分配的內(nèi)存是沒有零填充的罢低，程序員需要使用memset()函數(shù)來初始化內(nèi)存。
3.2.2 realloc--更改已經(jīng)配置的內(nèi)存空間
realloc()函數(shù)用來從堆上分配內(nèi)存胖笛，當需要擴大一塊內(nèi)存空間時网持，realloc()試圖直接從堆上當前內(nèi)存段后面的字節(jié)中獲得更多的內(nèi)存空間，如果能夠滿足长踊，則返回原指針功舀；如果當前內(nèi)存段后面的空閑字節(jié)不夠，那么就使用堆上第一個能夠滿足這一要求的內(nèi)存塊身弊，將目前的數(shù)據(jù)復制到新的位置辟汰，而將原來的數(shù)據(jù)塊釋放掉。如果內(nèi)存不足阱佛，重新申請空間失敗帖汞，則返回NULL。此函數(shù)定義如下：
void *realloc(void *ptr,size_t size)
參數(shù)ptr為先前由malloc凑术、calloc和realloc所返回的內(nèi)存指針翩蘸，而參數(shù)size為新配置的內(nèi)存大小。其庫頭文件為：
＃include
當調(diào)用realloc()函數(shù)重新分配內(nèi)存時淮逊，如果申請失敗催首，將返回NULL扶踊，此時原來指針仍然有效，因此在程序編寫時需要進行判斷郎任，如果調(diào)用成功秧耗，realloc()函數(shù)會重新分配一塊新內(nèi)存，并將原來的數(shù)據(jù)拷貝到新位置舶治，返回新內(nèi)存的指針分井，而釋放掉原來指針（realloc()函數(shù)的參數(shù)指針）指向的空間，原來的指針變?yōu)椴豢捎茫床恍枰籴尫偶叽膊荒茉籴尫牛┰映椋虼耍话悴皇褂靡韵抡Z句：
ptr=realloc(ptr,new_amount)
如果內(nèi)存減少韩脏，malloc僅僅改變索引信息缩麸，但并不代表被減少的部分還可以訪問，這一部分內(nèi)存將交給系統(tǒng)內(nèi)存分配子程序赡矢。
下面是一個使用relloc函數(shù)的實例杭朱。
[root@localhost yangzongde]# cat realloc_example.c
#include
#include
int main (int argc,char* argv[],char* envp[])???//(1)主函數(shù)
{
int input;
int n;
int *numbers1;
int *numbers2;
numbers1=NULL;
if((numbers2=(int *)malloc(5*sizeof(int)))==NULL)?//(2)numbers2指針申請空間
{
printf("malloc memory unsuccessful");
//free(numbers2);
numbers2=NULL;
exit(1);
}
for (n=0;n<5;n++) ??????//(3)初始化
{
*(numbers2+n)=n;
printf("numbers2's data: %d\n",*(numbers2+n));
}
printf("Enter an integer value you want to remalloc ( enter 0 to stop)\n");//(4)新申請空間大小
scanf ("%d",&input);
numbers1=(int *)realloc(numbers2,(input+5)*sizeof(int));??//(5)重新申請空間
if (numbers1==NULL)
{
printf("Error (re)allocating memory");
exit (1);
}
for(n=0;n<5;n++)???????//(6)這5個數(shù)是從numbers2拷貝而來
{
printf("the numbers1s's data copy from numbers2: %d\n",*(numbers1+n));
}
for(n=0;n
{
*(numbers1+5+n)=n*2;
printf ("nummber1's new data: %d\n",*(numbers1+5+n));?// numbers1++;
}
printf("\n");
free(numbers1);???????//(8)釋放numbers1
numbers1=NULL;
// free(numbers2);?????//(9)不能再釋放numbers2
return 0;
}
[root@localhost yangzongde]# gcc -o realloc_example realloc_example.c
[root@localhost yangzongde]# ./realloc_example
numbers2's data: 0
numbers2's data: 1
numbers2's data: 2
numbers2's data: 3
numbers2's data: 4
Enter an integer value you want to remalloc ( enter 0 to stop)?//重新申請空間
5
the numbers1s's data copy from numbers2: 0
the numbers1s's data copy from numbers2: 1
the numbers1s's data copy from numbers2: 2
the numbers1s's data copy from numbers2: 3
the numbers1s's data copy from numbers2: 4
nummber1's new data: 0
nummber1's new data: 2
nummber1's new data: 4
nummber1's new data: 6
nummber1's new data: 8
此程序是一個簡單的重新申請內(nèi)存空間的實例，（1）為函數(shù)入口吹散，前面已經(jīng)介紹過弧械。（2）從堆空間中申請5個int空間，將返回地址賦給numbers2空民，如果返回值為NULL刃唐，將返回錯誤信息，釋放numbers2并退出界轩。（3）為新申請的空間初始化画饥。（4）輸入需要增加的內(nèi)存數(shù)量。（5）調(diào)用realloc()函數(shù)重新申請內(nèi)存空間浊猾，重新申請內(nèi)存空間大小為原有空間大小加上用戶輸入的內(nèi)存空間數(shù)抖甘。如果申請失敗，將返回NULL葫慎，此時numbers2仍然有效衔彻。如果申請成功，將重新分配一塊大小合適的空間偷办，并將新空間首地址賦給numbers1艰额，同時將numbers2所指向的5個空間的數(shù)據(jù)復制到新的內(nèi)存空間中，釋放掉原來numbers2所指向的內(nèi)存空間椒涯。（6）打印從numbers2所指向的原空間拷貝的數(shù)據(jù)悴晰，（7）句對新增加的空間進行初始化。（8）句釋放number1所指向的新申請空間。（9）為注釋掉的代碼铡溪，提示讀者此時對原空間再次釋放漂辐，因為第（5）已經(jīng)完成了這一操作。
其他內(nèi)存管理函數(shù)calloc和alloca
1．calloc函數(shù)
calloc是malloc函數(shù)的簡單包裝棕硫，它的主要優(yōu)點是把動態(tài)分配的內(nèi)存進行初始化髓涯，全部清零。其操作及語法類似malloc()函數(shù)哈扮。
ptr=(struct data *)calloc (count,sizeof(strunt data))?//申請并初始化空間
下面是這個函數(shù)的實現(xiàn)描述：
void *calloc(size_t nmemb,size_t size)
{
void *p;
size_t total;
total=nmemb *size;
p=malloc(total);?????????//申請空間
if(p!=NULL)
memset(p,'\0',total);??????//將其實始化為\0
return p;
}
2．a(chǎn)lloca函數(shù)
alloca()函數(shù)用來在棧中分配size個字節(jié)的內(nèi)存空間纬纪，因此函數(shù)返回時會自動釋放掉空間。alloca函數(shù)定義及庫頭文件如下：
/* Allocate a block that will be freed when the calling function exits.? */
extern void *alloca (size_t __size) __THROW;???//從棧中申請空間
返回值：若分配成功返回指針滑肉，失敗則返回NULL包各。
它與malloc()函數(shù)的區(qū)別主要在于：
alloca是向棧申請內(nèi)存，無需釋放靶庙，malloc申請的內(nèi)存位于堆中问畅，最終需要函數(shù)free來釋放。
malloc函數(shù)并沒有初始化申請的內(nèi)存空間六荒，因此調(diào)用malloc()函數(shù)之后护姆，還需調(diào)用函數(shù)memset初始化這部分內(nèi)存空間；alloca則將初始化這部分內(nèi)存空間為0掏击。
