malloc和free函数 详细解释

Posted 2021-11-28 cheeseice

一、malloc()和free()的基本概念以及基本用法：

1、函数原型及说明：

void *malloc(long NumBytes)：该函数分配了NumBytes个字节，并返回了指向这块内存的指针。如果分配失败，则返回一个空指针（NULL）。（关于分配失败的原因，应该有多种，比如说空间不足就是一种。）

void free(void *FirstByte)： 该函数是将之前用malloc分配的空间还给程序或者是操作系统，也就是释放了这块内存，让它重新得到自由。

2、函数的用法：

        // Code... 
        char *Ptr = NULL; 
        Ptr = (char *)malloc(100 * sizeof(char)); 
        if (NULL == Ptr) 
   　 { 
      　　  exit (1); 
　　  } 
        gets(Ptr); 

        // code... 
        free(Ptr); 
        Ptr = NULL; 
        // code...

注意：

A、申请了内存空间后，必须检查是否分配成功。

B、当不需要再使用申请的内存时，记得释放；释放后应该把指向这块内存的指针指向NULL，防止程序后面不小心使用了它。

C、这两个函数应该是配对。如果申请后不释放就是内存泄露；如果无故释放那就是什么也没有做。释放只能一次，如果释放两次及两次以上会

出现错误（释放空指针例外，释放空指针其实也等于啥也没做，所以释放空指针释放多少次都没有问题）。

D、虽然malloc()函数的类型是(void *),任何类型的指针都可以转换成(void *),但是最好还是在前面进行强制类型转换，因为这样可以躲过一些编译器的检查。

 

二、malloc()到底从哪里得来了内存空间：

 

从堆里面获得空间。也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时，就会遍历该链表，然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后就将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。

free()到底释放了什么

free()释放的是指针指向的内存！不是指针！指针并没有被释放，指针仍然指向原来的存储空间。指针是一个变量，只有程序结束时才被销毁。释放了内存空间后，原来指向这块空间的指针还是存在！只不过现在指针指向的内容是未定义的，所以说是垃圾。因此，释放内存后把指针指向NULL，防止指针在后面不小心又被解引用了。

 

三、malloc()以及free()的机制：

 

大多数实现所分配的存储空间比所要求的要稍大一些，额外的空间用来记录管理信息——分配块的长度，指向下一个分配块的指针等等。这就意味着如果写过一个已分配区的尾端，则会改写后一块的管理信息。这种类型的错误是灾难性的，但是因为这种错误不会很快就暴露出来，所以也就很难发现。将指向分配块的指针向后移动也可能会改写本块的管理信息。

malloc()申请的空间实际就是分了两个不同性质的空间。一个就是用来记录管理信息的空间，另外一个就是可用空间了。而用来记录管理信息的实际上是一个结构体。在C语言中，经常用结构来记录信息！下面看看这个结构体的原型：

   struct mem_control_block { 
    int is_available;    //一般来说应该是一个可用空间的首地址，但这里英文单词却显示出空间是否可用的一个标记
    int size;            //这是实际空间的大小 
    };

仔细看一下free()的函数原型，也许也会发现似乎很神奇，free()函数非常简单，只有一个参数，只要把指向申请空间的指针传递给free()中的参数就可以完成释放工作！这里要追踪到malloc()的申请问题了。

由上面的分析可知道：free()就是根据这个结构体的信息来释放malloc()申请的空间！而结构体的两个成员的大小我想应该是操作系统的事了。

 

下面看看free()的源代码
　　 // code... 
    
       void free(void *ptr)  
    { 
            struct mem_control_block *free; 
            free = ptr - sizeof(struct mem_control_block); 
            free->is_available = 1; 
            return; 
    }