c-11 堆内存

偏执的太偏执、 2023-03-04 13:29 4阅读 0赞

## 概述 ##

在`c`语言中，堆区可以自由被开发者掌控。高度的自由也需要带来高额的管理成本，如申请后需要手动释放,本文是笔者学习堆区的笔记。

## malloc和free ##

**malloc:**

void *malloc(
       size_t size
    );

参数：  
`size`申请堆内存大小。

返回:  
成功返回内存地址，失败返回NULL

`macllo`内存格式：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70]

（注意博主在vs2015中内存结构如上图所示，不同编译器有所不同）

堆类别决定系统如何管理这个块内存。

#include<stdlib.h>
    int main(void) {
        
    
    	char *intP = (char*)malloc(sizeof(char) * 2);
    	int *intP2 = (int*)malloc(sizeof(int) * 2);
    	free(intP);
    	free(intP2);
    }

我们首先查看`intP`内存结构图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

上图堆类别写错了，这里1是指这个堆是正常类别的堆。

我们可以从右侧观察窗口看到`intP`保存的内存地址就是内存堆栈中实际使用地址即`0x010e8a78`。而补充的对地址和实际使用地址相差`0x20`大小。

我们查看一下`intP2` 内存的地址为`0x010e4950`，`intP`指向的下一个对地址为`0x010E4930`，当`0x010E4930`\+`0x20`=`intP2`。  
下图为`intP2`内存结构图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

可以看到`intP2`上一个堆地址加上20偏移正好就是`IntP`。

如果开发者想在堆中添加调试信息请用如下api：

void *_malloc_dbg(
       size_t size,
       int blockType,
       const char *filename,
       int linenumber
    );

`blockType`是对堆的类别  
枚举如下：  
\#define \_FREE\_BLOCK 0  
\#define \_NORMAL\_BLOCK 1  
\#define \_CRT\_BLOCK 2  
\#define \_IGNORE\_BLOCK 3  
\#define \_CLIENT\_BLOCK 4  
\#define \_MAX\_BLOCKS 5  
\#define \_UNKNOWN\_BLOCK (-1)

举例说明：

#include<stdlib.h>
    #include<crtdbg.h>
    
    int main(void) {
        
    	char *intP = (char*)_malloc_dbg(sizeof(char) * 2,1,__FILE__,__LINE__);
    	free(intP);
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
我们跳转到对应的常量池地址  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

**free:**

void free(
       void *memblock
    );

释放`memblock`指向的内存。

我们看下free释放前后的区别：

释放前：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
释放后：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
同时修改上下级堆链表的内存，这里就不做讲解了。（堆内存结构会存储一个上一个堆地址和下一个堆地址，当删除一个堆的时候会进行链表删除操作）

## calloc和realloc ##

**calloc**

void *calloc(
       size_t number,
       size_t size
    );

申请`number*size`的内存大小

#include<stdlib.h>
    #include<crtdbg.h>
    #include<stdio.h>
    int main(void) {
        
    	int *p = (int *)calloc(1, sizeof(int));
    	free(p);
    	getchar();
    
    }

**realloc**  
重新给指向的地址分配新的大小。

#include<stdlib.h>
    #include<crtdbg.h>
    #include<stdio.h>
    int main(void) {
        
    
    	char* intP = (char*)malloc(4);
    	char *p = (char *)realloc(intP, 3);
    	free(p);
    	getchar();
    
    }

注意`realloc`会拷贝旧内存数据到新内存地址，而后释放旧堆。并且如果新生申请内存大小大于旧的大小。不管是缩小还是放大新堆都容易引起内存碎片问题

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FmYW5taW5neWlx_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230208/413553f0d60a41bab783886ea3ba18a1.png
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