堆管理 - malloc,calloc,realloc 函数之间的区别

内存可以分为5个区域：堆、栈、全局/静态存取区、常量存储区和自由存储区。
栈区(stack)：函数执行时，局部变量、函数形参和临时变量都是在栈区获得内存的，由编译器自动完成的，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存的分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但分配的内存容量有限；
堆区(heap)：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，则可能会引起内存泄漏(memory leak)，C 标准函数库提供了许多函数来实现对堆上内存管理，其中就包括接下去要讲的：malloc函数，calloc函数、realloc函数和free函数，使用这些函数需要包含头文件stdlib.h。

1、malloc()函数

动态内存分配(dynamic memory allocation)，从堆区分配指定字节(byte)的内存。
函数原型：

void* malloc (size_t size);

其中形参size为需要分配的内存字节数，分配成功的话，函数返回已分配内存的首地址；反之，返回NULL。
需要注意的是，函数的返回值类型是 void *，所以在使用 malloc() 时通常需要进行强制类型转换，将 void 型指针转换成我们需要的类型，例如：

int *p = (int *)malloc(sizeof(int)*10); // 分配10个int类型的内存空间

另外，通过该函数分配得到的内存空间是未被初始化的，内存的值是未知的。因此，一般在使用该内存空间之前，要调用另一个函数memset()来将其初始化为0。
函数原型：

void *memset(void *p, int c, size_t n);

其中，形参p为所操作的内存空间的首地址，c为赋给每个字节的值，n为操作内存空间的字节数；memset()函数是以字节为单位进行赋值的，所赋值的范围是0x00～0xFF。若想要对一个double或int型的数组赋值时，就特别需要注意。memset()函数也是一种对较大的结构体或数组进行清零的比较快的方法。
例如：

memset(a, 0, 20) //把一个char a[20]清零

注意：通过malloc()函数得到的堆内存必须使用memset()函数来初始化。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
     int *p=NULL;
     p=(int *)malloc(sizeof(int)*10);
     if(NULL==p){
         printf("Can't get memory!\n");
         return -1;
     }
     printf("%d\n",*p);           //输出分配的空间上的值
     memset(p,0,sizeof(int)*10);     //将p指向的空间清0
     printf("%d\n",*p);           //输出分配的空间上的值
     *p=10;
     printf("%d\n",*p);           //输出分配的空间上的值

     return 0;
}

malloc与memset

2、calloc()函数

calloc()函数与malloc()函数的功能相类似，都是从堆内存中分配空间，原型：

void* calloc (size_t num, size_t size);

calloc() 在内存中动态地分配了 num*size 个字节长度的连续内存空间，并且每个字节的值都初始化为0。
返回值与malloc()函数类似，可以参考malloc()函数。
calloc()函数与malloc函数的一个显著不同时是，calloc()得到的内存空间是经过初始化的，其内容全为0，calloc()函数适合为数组申请空间，可以将size设置为数组元素的空间长度，将n设置为数组的容量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int *pData;
    int i=4,n=0;
    pData = (int*) calloc (i,sizeof(int));
    if (pData==NULL) {
        printf("Can't get memory!\n");
        return -1;
    }
    for (n=0;n<i;n++){
        printf ("%d\n",pData[n]);
    }
    return 1;
}

calloc()

3、realloc() 函数

realloc()函数的功能比malloc()函数和calloc()函数的功能更为丰富，可以实现内存分配和内存释放的功能，其原型为：

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

其中ptr必须为需要重新分配的堆内存空间指针，即由malloc函数、calloc函数或realloc函数分配空间的指针；size 为新的内存空间的大小，size 可比原来的大或者小，还可以不变。当 malloc()、calloc() 分配的内存空间不够用时，就可以用 realloc() 来调整已分配的内存。
a.如果 ptr 为 NULL，它的效果和 malloc() 相同，即分配 size 字节的内存空间。
b.如果 size 的值为 0，那么 ptr 指向的内存空间就会被释放，但是由于没有开辟新的内存空间，所以会返回空指针；类似于调用 free()。
（1）realloc()函数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()函数返回的指针很可能指向一个新的内存地址；
（2）我们知道realloc()函数是从堆上分配内存的，当扩大一块内存空间时，realloc()会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，函数直接返回的指针不变；如果数据后面的字节不够，那么就会使用堆区第一个足够大小的可用内存空间，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 <stdlib.h>
int main()
{
    char *p,*q;
    p = (char *)malloc(10);
    q = p;
    p = (char *)realloc(p,10);  //重新分配堆内存
    printf("p=0x%x\n",p);
    printf("q=0x%x\n",q);
    return 1;
}

执行结果如下(内存地址不变)：
realloc

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    char *p,*q;
    p = (char *)malloc(10);
    q = p;
    p = (char *)realloc(p,10000);  //重新分配堆内存
    printf("p=0x%x\n",p);
    printf("q=0x%x\n",q);
    return 1;
}

执行结果如下(返回的地址改变)：
realloc

就先讲到这里吧~

参考资料：

《C和指针》