C/C++ malloc, calloc, realloc

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C/C++ malloc, calloc, realloc

  • stdlib.h
  • 變數建立後會配置記憶體空間，這類資源是配置在記憶體的堆疊區（Stack），生命週期侷限於函式執行期間，也就是函式執行過後，配置的空間就會自動清除。
  • 資源之間的互用關係錯綜複雜，有些資源「無法預期」被使用的生命週期，因為無法預期，也就有賴於開發者自行管理記憶體資源，也就是開發者得自行在需要的時候配置記憶體，這些記憶體會被配置在堆積區（Heap），不會自動清除，開發者得在不使用資源時自行釋放記憶體。

malloc

  • void *malloc(size_t size);

    輸入

  • 字節數
    • 如果 size = 0 ，也會回傳一個合法的指標。

回傳

  • 已分配空間的地址，失敗返回 NULL 。

reference

calloc

  • void *calloc(size_t nitems, size_t size);
  • 同時把所有空間的數值初始化為 0 。

    輸入

  • 要分配的元素數目
  • 每一格元素的字節數

    回傳

  • 已分配空間的地址，失敗返回 NULL 。

    reference

  • calloc(3p) - Linux manual page

realloc

  • void *realloc(void *ptr, size_t size);
  • 改變已經分配的空間大小

    輸入

  • 曾經分配過空間的地址
  • 新的字節數

回傳

  • 新已分配空間的地址，失敗返回 NULL
  • 如果 ptr = NULL ， 等價呼叫 malloc(size) 。
  • 如果 size = 0 ，等價呼叫 free(ptr) 。

:::info

  • 如果原空間其後的連續記憶體足夠，
    • 會擴大原本的空間，回傳 原空間的地址。
  • 如果其後的連續記憶體不足，
    • 會尋找新的、足夠長的記憶體空間
    • 把原本空間的數據複製至新空間，
    • 釋放原空間，回傳 新空間的地址。
      :::
      :::danger
  • 使用 realloc 時不應該：
    1
    ptr = realloc(ptr, new_size);
  • 如果分配失敗，會造成內存洩漏。
  • 所以應該找一個暫存指標：
    1
    2
    3
    4
    5
    new_ptr = realloc(ptr, new_size);
    if(new_ptr == null){  //用 !new_ptr 檢查也可以
        // 錯誤處理
    }
    ptr = new_ptr
    :::

    reference

  • realloc(3p) - Linux manual page

malloc v.s. calloc v.s. realloc

  • 可以在程式中以動態方式配置一個 int 型態大小的記憶體，例如：
    • int *p = malloc(sizeof(int));
      • 就 C11 規範來說，malloc 只配置空間但不初始空間的值，若要在配置完成後預設為型態的零值，可以使用 calloc：
  • 如果想配置連續個指定型態的空間，可以如下：
    • int *p = malloc(sizeof(int) * 1000);
      • 這段程式碼動態配置了 1000 個 int 大小的空間，並傳回空間的第一個位址，配置後的空間資料是未知的，，可以使用 calloc 來宣告空間配置，每個 int 空間會被始為 0，例如：
  • 若要動態配置連續空間，並當成二維陣列來操作，就記得二維（或多維）陣列，就是以陣列的陣列來實作，二維陣列就是多段一維陣列，如果你的二維陣列有兩段一維陣列，那就是如下：
    • int **arr = calloc(2, sizeof(int*));
      • 現在 arr[0]、arr[1] 可以分別儲存動態配置 int* 空間的位址，若每段要模擬的一維陣列的長度是 3，可以如下動態配置，並將模擬的一維陣列每個元素初始設為 0 ：
        1
        2
        3
        for(int i = 0; i < 2; i++) {
            arr[i] = calloc(3, sizeof(int));
        }
  • 要注意的是，上例中，重新配置後的位址並不保證相同，realloc 會複製資料來改變記憶體的大小
    • 若原位址有足夠的空間，使用原位址調整記憶體的大小，若空間不足，會重新尋找足夠的空間來進行配置

reference