0 和 calloc 之间的区别？

Posted 2023-02-23

【中文标题】0 和 calloc 之间的区别？

【英文标题】：Difference between 0 and calloc?0 和 calloc 之间的区别？

【发布时间】：2014-10-30 22:07:37

【问题描述】：

正如this answer on another question 所述，使用聚合初始化

struct foo 
    size_t a;
    size_t b;
;

struct foo bar = 0;

导致内置类型被初始化为零。

使用上面和使用有什么区别

struct foo * bar2 = calloc(1, sizeof(struct foo));

暂且不说一个变量是指针这一事实。 查看调试器我们可以看到，对于上述两个示例，a 和 b 确实都设置为零。

以上两个例子有什么区别，有什么陷阱或隐藏的问题吗？

【问题讨论】：

现在我很好奇 - 如果我们将 calloc 替换为 alloca 后跟 memset 为零会怎样？那么会有什么明显的区别吗？

alloca 是非标准的。此外，alloca 在堆栈上分配，而不是在堆上分配，并且它不会报告错误（分配比可用内存更多的内存具有未定义的行为，并且可能会导致您的程序在检测到错误之前崩溃）。

"它不报错" -- 调用函数也不报错，这也会破坏堆栈。该标准的一个技术缺陷是它不保证堆栈深度，因此几乎没有 C 程序严格符合。

如果您正在寻找有关初始化类型的答案，那么我建议您将问题更改为“0 和 memset 之间的差异”，然后执行 struct foo bar2; memset(&bar2, 0, sizeof bar2);

"那么会有什么明显的不同吗？" -- 两者都将所有位设置为零，这在理论上与将它们设置为零值不同（参见 Deduplicator 和 Keith Thompson 的答案）。

【参考方案1】：

是的，有一个关键的区别（除了 struct foo 类型的对象的存储类）：

struct foo bar = 0;
struct foo * bar2 = calloc(1, sizeof *bar2);

bar 的每个成员都初始化为零（对于没有初始化器的子对象，或者如果 bar 属于 static 或 thread_local 存储类，则填充将被置零）， 而所有*bar2 都被清零，这可能会产生完全不同的结果：

空指针 (T*)0 和值为 0 的浮点数都不能保证全为 0。 （实际上，仅适用于char、unsigned char 和signed char（以及来自<stdint.h> 的一些可选的精确大小类型）保证所有位0 匹配值0 直到一段时间在 C99 之后。后来的技术勘误保证它适用于所有整数类型。）

浮点格式可能不是 IEEE754。

（在大多数现代系统上，您可以忽略这种可能性。）

引用c-faq（感谢 Jim Balter for linking it）：

Prime 50 系列使用段 07777，空指针偏移量 0，至少对于 PL/I。

【讨论】：

对于struct foo bar = 0;，我认为不能保证填充为零。可能会，因为这样更容易实现——而且几乎可以肯定，在由两个 size_t 成员组成的结构中不会有任何填充。

@BillyONEal 我知道这是在最新编辑之前，但不是在说“完全不同的结果：空指针 (T*)0 和值为 0 的浮点数都不是”之前保证全为 0。”所以我的问题是。

“但在大多数现代系统上，你可以忽略这种可能性。” -- 是的，尽管这样的机器已经存在并且可能仍然存在：c-faq.com/null/machexamp.html

@Billy：我最初的帖子已经说过空指针和浮点 0 不必是全位 0。不过，我完全重新表述了这一点，所以我怀疑他是否真的引用了我的第一个版本；-)。

所以回顾一下我是否理解正确，0 将结构成员设置为任何适当的零值位表示，而calloc 只是将所有位设置为零？

【参考方案2】：

struct foo bar = 0;

这定义了一个名为bar 的struct foo 类型的对象，并将其初始化为零。

“零”是递归定义的。所有整数子对象初始化为0，所有浮点子对象初始化为0.0，所有指针都初始化为NULL。

struct foo * bar2 = calloc(1, sizeof(struct foo));

恕我直言，这更好（但等效）写成：

struct foo *bar2 = calloc(1, sizeof *bar2);

通过不重复类型名称，我们避免了以后更改代码时出现不匹配的风险。

这会动态分配struct foo 类型的对象（在堆上），将该对象初始化为所有位为零，并将bar2 初始化为指向它。

calloc 可能无法分配内存。如果是，则返回一个空指针。你应该经常检查。 （bar的声明也分配​​了内存，但是如果失败就是栈溢出，没有好办法处理。）

并且所有位为零不保证与“零”相同。对于整数类型（包括size_t），几乎可以保证。对于浮点和指针类型，0.0 或NULL 具有除全位为零之外的一些内部表示是完全合法的。您不太可能遇到这种情况，并且由于您的结构中的所有成员都是整数，您可能不需要担心它。

【讨论】：

感谢您的回答，也感谢您提供有关分配语法的提示。您能否详细说明在什么情况下您的最后一段会出现问题？问题中显示的结构只是一个随机示例。

@Nit：实际上，在您可能使用的任何系统上，这都不太可能成为问题。我认为我实际上从未见过一个 C 实现，它对空指针或浮点 0.0 使用除全位零以外的任何东西。另一方面，就风格而言，我喜欢编写既实用又可移植的代码（但不再如此）。很多时候，更便携的代码会变得更简单，而且它让你少担心一件事。

"几乎可以保证" -- 有什么例外？

@JimBalter：标准保证（从 C99 后的技术勘误之一开始）全位零是任何整数类型的 0 的表示。这并不意味着它是0 的唯一 表示。原则上，struct foo bar = 0; 可以 将 bar.a 和 bar.b 设置为 0 的不同表示，calloc() 所做的。这几乎是不可能的。在该 C99 TR 之前，原则上可能全零位甚至不是0 的表示。委员会大概可以随意添加明确的要求，因为...

@traducerad calloc 和 memset 一样，会将所有内容初始化为全位 0，包括任何填充。但是“当一个值存储在结构或联合类型的对象中时，包括在成员对象中，对应于任何填充字节的对象表示的字节采用未指定的值。” -- C11 6.2.6.1 第 6 段。通常填充字节无关紧要，因此语言不会竭尽全力保证它们的稳定性。认为它们很脆弱。

【参考方案3】：

calloc 给你一个堆dynamically allocated 归零内存区（到你的bar2）。但是在call stack 上分配了一个自动变量（如bar，假设它的声明在函数内部）。另见calloc(3)

在 C 中，您需要显式地free 堆分配内存区域。但是堆栈分配的数据会在其函数返回时弹出。

在C dynamic memory allocation 和garbage collection 上也重新阅读维基页面。 Reference counting 是 C 和 C++ 中广泛使用的技术，可以视为 GC 的一种形式。想想circular references，他们很难处理。

Boehm conservative GC 可以在 C 程序中使用。

请注意，内存区域的活跃度是一个全局程序范围的属性。您通常不能声称给定区域属于特定功能（或库）。但是您可以采用约定。

当您编写一个返回堆分配指针（即指向动态存储的指针）的函数时，您应该记录这一事实并决定谁负责释放它。

关于初始化：calloc 指针归零（当calloc 成功时）。初始化为0 的自动变量也被归零。在实践中，某些实现可能会calloc 不同的大对象（通过从内核向它们询问整个零页面，例如使用mmap(2)）和小对象（通过重用，如果有的话，以前的free-d 区域和归零它）。将区域归零正在使用 memset(3) 的快速等效项

^{PS。我忽略了所有零位内存区域不是 C 标准的清除数据的奇怪机器，即像 0。在实践中我不知道这样的机器，即使我知道它们原则上是可能的（理论上NULL 指针可能不是全零位字）}

顺便说一句，编译器可能会优化一个全零的局部结构（并且可能根本不在堆栈上分配它，因为它适合寄存器）。

【讨论】：

如果您正在查看标准，动态分配 == 具有动态存储持续时间的对象，“在调用堆栈上”== 具有自动存储持续时间的对象。

感谢您的回答，这个问题不是一般的内存管理，而是两种初始化方法的功能差异。

【参考方案4】：

（这个答案主要关注初始化的区别，在struct只包含整数类型的情况下）

两种形式都将a 和b 设置为0。这是因为标准定义整数类型的所有位为零必须表示值0。

如果有结构填充，则calloc 版本会设置，但零初始化可能不会。例如：

struct foo a =  0 , b =  0 ;
struct foo c, d; memset(&c, 0, sizeof c); memset(&d, 0, sizeof d);

if ( memcmp(&a, &b, sizeof a) )
    printf("This line may appear.\n");

if ( memcmp(&c, &d, sizeof c) )
    printf("This line must not appear.\n");

您有时会看到的一种技术（尤其是在为适合具有少量存储的系统而设计的代码中）是使用memcmp 来比较两个结构是否相等。当结构成员之间存在填充时，这是不可靠的，因为即使结构成员相同，填充也可能不同。

程序员不想单独比较结构成员，因为代码量太大，所以相反，他将使用memcpy 复制结构，使用memset 初始化它们；为了保留使用memcmp 来检查相等性的能力。

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在现代编程中，我强烈建议不要这样做；并始终使用 0 形式的初始化。后者的另一个好处是不会出现 size 参数出错并意外设置过多内存或过少内存的机会。

【参考方案5】：

有一个严重的区别：自动变量的分配是在编译时完成的，并且是免费的（当堆栈帧被保留时，空间就在那里。）相反，动态分配是在运行时完成的，并且具有不可预测且不可忽略的成本。

关于初始化，编译器有机会使用自动变量进行优化（例如，在不必要的情况下不清除）；调用 calloc 是不可能的。

如果你喜欢 calloc 风格，你还可以选择对自动变量执行 memset。

memset(&bar, 0, sizeof bar);

更新：自动变量的分配是准在编译时完成的。

【讨论】：

-1 自动变量的分配和初始化都不会在编译时发生……怎么可能呢？ “调用 calloc 是不可能的”——是的，它是，因为 calloc 是一个标准函数，它的行为是由标准指定的，所以编译器可以依赖它。

我的反对是真诚和恰当的，我对此的解释是有效的。你不欢迎它是无关紧要的，除了违背 SO 的精神。 “如果严格来说编译器不分配内存空间”——事实编译器不分配内存空间，它只生成分配该空间的代码。初始化同上。将其称为“严格来说”意味着说 anything 在运行时发生是“严格来说”，因为编译器在编译时生成了代码。