C语言跟内存分配方式

(1)

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，static变量。

(2)

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。

(3)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我们决定，使用非常灵活，但问题也最多

C语言跟内存申请相关的函数主要有alloca、calloc、malloc、free、realloc、sbrk等。

其中alloca是向栈申请内存,因此无需释放.

malloc分配的内存是位于堆中的,并且没有初始化内存的内容,因此基本上malloc之后,调用函数memset来初始化这部分的内存空间.

calloc则将初始化这部分的内存,设置为0.

而realloc则对malloc申请的内存进行大小的调整.申请的内存最终需要通过函数free来释放.

而sbrk则是增加数据段的大小;

malloc/calloc/free基本上都是C函数库实现的,跟OS无关.C函数库内部通过一定的结构来保存当前有多少可用内存.如果程序malloc的大小超出了库里所留存的空间,那么将首先调用brk系统调用来增加可用空间,然后再分配空间.free时,释放的内存并不立即返回给os,而是保留在内部结构中.

可以打个比方:

brk类似于批发,一次性的向OS申请大的内存,而malloc等函数则类似于零售,满足程序运行时的要求.这套机制类似于缓冲.

使用这套机制的原因:

系统调用不能支持任意大小的内存分配(有的系统调用只支持固定大小以及其倍数的内存申请,这样的话,对于小内存的分配会造成浪费;

系统调用申请内存代价昂贵,涉及到用户态和核心态的转换.

函数malloc()和calloc()都可以用来分配动态内存空间，但两者稍有区别。

malloc()函数有一个参数，即要分配的内存空间的大小：

Void

*malloc(size_t size);

calloc()函数有两个参数，分别为元素的数目和每个元素的大小，这两个参数的乘积就是要分配的内存空间的大小：

void*calloc(size_t

numElements，size_t sizeOfElement);

如果调用成功，函数malloc()和calloc()都将返回所分配的内存空间的首地址。

malloc()

函数和calloc()函数的主要区别是前者不能初始化所分配的内存空间，而后者能。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，如果这部分内存空间曾经被分配、释放和重新分配，则其中可能遗留各种各样的数据。也就是说，使用malloc()函数的程序开

始时(内存空间还没有被重新分配)能正常运行，但经过一段时间后(内存空间已被重新分配)可能会出现问题。

calloc()

函数会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零，也就是说，如果你是为字符类型或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零;如果你是

为指针类型的元素分配内存，那么这些元素通常(但无法保证)会被初始化为空指针;如果你是为实数类型的元素分配内存，那么这些元素可能(只在某些计算机

中)会被初始化为浮点型的零。

malloc()

函数和calloc()函数的另一点区别是calloc()函数会返回一个由某种对象组成的数组，但malloc()函数只返回一个对象。为了明确是为一

个数组分配内存空间，有些程序员会选用calloc()函数。但是，除了是否初始化所分配的内存空间这一点之外，绝大多数程序员认

为以下两种函数调用方式没有区别：

calloc(numElements

，sizeOfElement);

malloc(numElements

*sizeOfElement) ;

需要解释的一点是，理论上(按照ANSIC标准)指针的算术运算只能在一个指定的数组中进行，但是在实践中，即使C编译程序或翻译器遵循这种规定，许多C

程序还是冲破了这种限制。因此，尽管malloc()函数并不能返回一个数组，它所分配的内存空间仍然能供一个数组使用(对realloc()函数来说同

样如此，尽管它也不能返回一个数组)。

总之，当你在calloc()函数和malloc()函数之间作选择时，你只需考虑是否要初始化所分配的内存空间，而不用考虑函数是否能返回一个数组。

当程序运行过程中malloc了,但是没有free的话,会造成内存泄漏.一部分的内存没有被使用,但是由于没有free,因此系统认为这部分内存还在使用,造成不断的向系统申请内存,是的系统可用内存不断减少.但是,内存泄漏仅仅指程序在运行时,程序退出时,OS将回收所有的资源.因此,适当的重起一下程序,有时候还是有点作用。

malloca/alloca：

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。

alloca包含在头文件malloc.h中，在某些系统中会宏定义成_alloca使用。

注意：

1)在调用

alloca的函数返回的时候， 它分配的内存会自动释放。也就是说， 用

alloca

分配的内存在栈上。所以释放不需要用户使用free。

2)alloca不具可移植性，而且在没有传统堆栈的机器上很难实现。当它的返回值直接传入另一个函数时会带来问题，因为他分配在栈上.

总结：由于这些原因，alloca不宜使用在必须广泛移植的程序中，

不管它可能多么有用。

realloc：

重新分配内存并返回void类型，如果没有足够的内存扩展内存块，则原来的指向的内存指针无变化，并返回NULL；如果重新分配大小设为0，而释放原来的内存块，

并返回NULL。

new：

分配内存的对象或数组类型的对象和返回一个适当类型，并调用对象的构造函数及在delete时调用对象的析构函数。其实现基于malloc调用。

下面是windows系统提供的API函数：

1、VirtualAlloc/VirtualAllocEx

在虚拟地址空间中保留或提交内存，

每次操作大小为Page页大小(windows一般为4K)的整数倍，因此需要自己计算内存分配算法(可以使用HeapAlloc或GlobalAlloc由系统自动分配计算)，在没有使用MEM_RESET的情况下会初始化内存块(0)，

VirtualAllocEx还可以在其他进程中的保留内存操作，并使用其对应的VirtualFree/VirtualFreeEx释放内存

2、HeapAlloc/HeapFree

在指定的Heap中分配内存，heap应该由CreateHeap或GetProcessHeap返回，分配的内存不能移动，CreateHeap创建的堆只能在调用的进程中使用，因此如需跨进程调用不能使用此种分配方式，由HeapFree释放.

3、GlobalAlloc/GlobalFree

从全局堆分配指定字节的内存，分配的内存可跨进程访问，并使用8字节对齐方式，

由GlobalFree释放，在使用GlobalAlloc分配的内存块时需调用GlobalLock和GlobalUnlock函数。

PS：为了更好的理解内存分配，我们可以了解一下内存分区。

1)栈区(stack)—

由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2)堆区(heap)

— 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。

3)全局区(静态区)(static)—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。

-程序结束后有系统释放。注意：全局区又可分为未初始化全局区：.bss段和初始化全局区：data段。

4)常量区—常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放

5)代码区—存放函数体的二进制代码。