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【C/C++开发】malloc，calloc和realloc的区别和注意事项

(1)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用户决定，使用非常灵活，但问题也最多.

(2)C语言跟内存申请相关的函数主要有 alloca、calloc、malloc、free、realloc等.

    <1>alloca是向栈申请内存,因此无需释放.

    <2>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.

    <3>calloc则将初始化这部分的内存,设置为0.

    <4>realloc则对malloc申请的内存进行大小的调整.

    <5>申请的内存最终需要通过函数free来释放.

    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,使得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.

【attention】

    三个函数的申明分别是:

        void* malloc(unsigned size);

        void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);  

        void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElement); 

    都在stdlib.h函数库内，它们的返回值都是请求系统分配的地址,如果请求失败就返回NULL.

    (1)函数malloc()

        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.

    (2)函数calloc()

        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.

    (3)函数realloc()

        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.

    区别:

    (1)函数malloc不能初始化所分配的内存空间,而函数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()函数的程序开始时(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.

    (2)函数calloc() 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;如果你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.

    (3)函数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.

    (4)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.

 (5)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，如果能够满足，自然天下太平；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.

#include <stdio.h>  

#include <malloc.h>  

  

int main(int argc, char* argv[])   

{   

    char *p,*q;  

    p = (char *)malloc(10);  

    q = p;  

    p = (char *)realloc(p,10);  

    printf("p=0x%x/n",p);  

    printf("q=0x%x/n",q);  

      

    return 0;   

}   

   输出结果:realloc后，内存地址不变  

            p=0x431a70  

            q=0x431a70  

  

   例2:  

            #include <stdio.h>  

#include <malloc.h>  

  

int main(int argc, char* argv[])   

{   

    char *p,*q;  

    p = (char *)malloc(10);  

    q = p;  

    p = (char *)realloc(p,1000);  

    printf("p=0x%x/n",p);  

    printf("q=0x%x/n",q);  

      

    return 0;   

}   

   输出结果:realloc后，内存地址发生了变化  

            p=0x351c0  

            q=0x431a70

在C语言中，良好的编程习惯要求一个函数只做一件事，如果一个函数实现了若干功能，可以说基本是一个糟糕的设计。



C语言 realloc() 函数位于 stdlib.h 头文件中，其原型为：

    void *realloc(void *ptr, size_t size);



realloc() 会将 ptr 所指向的内存块的大小修改为 size，并将新的内存指针返回。



设之前内存块的大小为 n，如果 size < n，那么截取的内容不会发生变化，如果 size > n，那么新分配的内存不会被初始化。



如果 ptr = NULL，那么相当于调用 malloc(size)；如果 size = 0，那么相当于调用 free(ptr)。



如果 ptr 不为 NULL，那么他肯定是由之前的内存分配函数返回的，例如 malloc()、calloc()或realloc()。



如果 ptr 所指的内存块被移动，那么会调用 free(ptr)。



看吧，一个简单的 realloc() 却赋予了好几个功能，这并不是良好的函数设计。估计也是为了兼容性，才容忍这个函数一直在C库中。虽然在编码中，realloc() 会提供一定的方便，但是也很容易引发Bug。



下面就举两个例子，来说明一下。



1) realloc() 第一种行为引发的Bug

  1. void *ptr = realloc(ptr, new_size);
    2. 

  2. if (!ptr) {
    3. 

  3. // 错误处理
    4. 

  4. }

这里就引出了一个内存泄露的问题，当realloc() 分配失败的时候，会返回NULL。但是参数中的 ptr 的内存是没有被释放的。如果直接将realloc()的返回值赋给ptr。那么当申请内存失败时，就会造成ptr原来指向的内存丢失，造成内存游离和泄露。



正确的处理应该是这样：

  1. void *new_ptr = realloc(ptr, new_size);
    2. 

  2. if (!new_ptr) {
    3. 

  3. // 错误处理。
    4. 

  4. }
    5. 

  5. ptr = new_ptr

2) 第三种行为引发的Bug

实际上，malloc(0)是合法的语句，会返还一个合法的指针，且该指针可以通过free去释放。这就造成了很多人对realloc()的错误理解，认为当size为0时，实际上realloc()也会返回一个合法的指针，后面依然需要使用free去释放该内存。

  1. void *new_ptr = realloc(old_ptr, new_size);
    2. 

  2. //其它代码
    3. 

  3. free(new_ptr);

由于错误的认识，不去检验new_size是否为0，还是按照new_size不为0的逻辑处理，最后并free(new_ptr）。这里就引入了double free的问题，造成程序崩溃。



所以，realloc() 这个设计并不怎么优良的函数陷阱还是不少的，一不小心就踩雷了，上面只是两个简单的小例子，大家在实际使用的时候还应该注意一些其他小问题。

最近在学C语言，在用到realloc函数时除了一些问题，始终找不到问题所在，后来便一步一步调试，终于找到了问题，由于前面calloc函数使用时将字符串的长度设置错了，导致在使用realloc时原字符串末尾'\0'被清除了，导致了一系列的问题，好在终于解决了，现在来总结一下

realloc使用注意事项（这是总结网友们的经验）

1. realloc失败的时候，返回NULL



2. realloc失败的时候，原来的内存不改变，也就是不free或不move，(这个地方很容易出错)



3. 假如原来的内存后面还有足够多剩余内存的话，realloc的内存=原来的内存+剩余内存,realloc还是返回原来内存的地址; 假如原来的内存后面没有足够多剩余内存的话，realloc将申请新的内存，然后把原来的内存数据拷贝到新内存里，原来的内存将被free掉,realloc返回新内存的地址

4. 如果size为0，效果等同于free()

5. 传递给realloc的指针必须是先前通过malloc(), calloc(), 或realloc()分配的

MSDN上

Return Value

realloc returns a void pointer to the reallocated (and possibly moved) memory
block.

If there is not enough available memory to expand the block to the given size, the original block is left unchanged, and NULL is returned.

If size is zero, then the block pointed to by memblock is freed; the return
value is NULL, and memblock is left pointing at a freed block.

The return value points to a storage space that is guaranteed to be suitably aligned for storage of any type of object. To get a pointer to a type other than void,
use a type cast on the return value

Remarks

The realloc function changes the size of an allocated memory block. The memblock argument points to the beginning of the memory block. If memblock
is NULL, realloc behaves the same way as malloc and allocates a new block of size
bytes. If memblock is not NULL, it should be a pointer returned by a previous call to calloc,malloc,
or realloc

05-11 23:01
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