浅谈C++内存分配的方法

malloc vs calloc vs realloc

Posted by Lyon Ling on March 19, 2019

因为并行程序设计课程需要用C/C++进行编程,所以现在需要捡起积灰已久的C++,回头看看,很惭愧很多语法和内部编译细节都忘的差不多了,这里一边重新学习一边积累,希望未来的某天会有所帮助吧。

C++内存分配的方式

  • 从静态存储区域分配

    内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量、静态变量。

  • 在栈上创建

    在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。

  • 从堆上分配,亦称动态内存分配

    程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由用户决定。

malloc() vs calloc() vs realloc()

首先看下函数声明:

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void* malloc(unsigned size);
// 在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域,参数size为需要内存空间的长度,返回该区域的
// 首地址.

void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElement); 
// 与malloc相似,参数sizeOfElement为申请地址的单位元素长度,numElements为元素个数,即在内存中申请
// numElements*sizeOfElement字节大小的连续地址空间.

void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);  
// 给一个已经分配了地址的指针重新分配空间,参数ptr为原有的空间地址,newsize是重新申请的地址长度,返回
// 新的内存指针.

区别:

  • malloc()不能初始化所分配的内存空间, 而calloc()能.

    如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过,则其中的每一位可能都是0; 反之, 如果这部分内存曾经被分配过, 则其中可能遗留有各种各样的数据. 也就是说,使用malloc()的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题。

  • calloc()会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为0

    如果为字符类型整数类型的元素分配内存,那么这些元素将保证会被初始化为0

    如果你是为指针类型的元素分配内存,那么这些元素通常会被初始化为空指针

    如果为实型数据分配内存,则这些元素会被初始化为浮点型的零

  • malloc()向系统申请分配指定size个字节的内存空间,返回类型是 void*类型。

    void*表示未确定类型的指针. C/C++规定,void* 类型可以强制转换为任何其它类型的指针。

  • realloc()可以对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小,无论是扩张或是缩小,原有内存的中内容将保持不变。当然,对于缩小,则被缩小的那一部分的内容会丢失。

    realloc()并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址。相反,realloc()返回的指针很可能指向一个新的地址。

  • realloc()是从堆上分配内存的。当扩大一块内存空间时,realloc()试图直接从堆上现存的数据后面的那些字节中获得附加的字节;如果数据后面的字节不够,问题就出来了,那么就使用堆上第一个有足够大小的自由块,现存的数据然后就被拷贝至新的位置,而老块则放回到堆上。这句话传递的一个重要的信息就是数据可能被移动。

无论是上述哪一种方法申请的内存最后都需要使用free 或者 delete释放,否则就非常容易造成内存泄漏。

这里再顺便简单提一下freedelete的区别:

  • free函数是由C语言继承而来的,是和malloc配对的,而不能和new配对。 free释放内存的和delete可以说是两套代码,它们的逻辑不同,不能混用。 用new申请的就要用delete翻译释放,用malloc申请的就要用free释放。
  • 还有一个区别, free 只是告诉操作系统回收内存,而delete会先调用类的析构函数,然后才告诉操作系统回收内存