1.如何使用 malloc 函數(shù)
不要莫名其妙，其實(shí)上面這段小小的對(duì)話，就是malloc的使用過(guò)程。malloc是一個(gè)函數(shù)，專門用來(lái)從堆上分配內(nèi)存。使用malloc函數(shù)需要幾個(gè)要求：
內(nèi)存分配給誰(shuí)?
分配多大內(nèi)存?
是否還有足夠內(nèi)存分配?
內(nèi)存的將用來(lái)存儲(chǔ)什么格式的數(shù)據(jù)，即內(nèi)存用來(lái)做什么?
分配好的內(nèi)存在哪里?
如果這五點(diǎn)都確定，那內(nèi)存就能分配。下面先看malloc函數(shù)的原型：
1 | (void *)malloc(int size) |
看到了沒有，這里的返回類型是(void *)，這是多巧妙的一個(gè)設(shè)計(jì)啊。
malloc函數(shù)的返回值是一個(gè)void類型的指針，參數(shù)為int類型數(shù)據(jù)，即申請(qǐng)分配的內(nèi)存大小，單位是byte。內(nèi)存分配成功之后，malloc函數(shù)返回這塊內(nèi)存的首地址。你需要一個(gè)指針來(lái)接收這個(gè)地址。但是由于函數(shù)的返回值是void *類型的，所以必須強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成你所接收的類型。也就是說(shuō)，這塊內(nèi)存將要用來(lái)存儲(chǔ)什么類型的數(shù)據(jù)。比如：
1 | char *p = (char *)malloc(100); |
在堆上分配了100個(gè)字節(jié)內(nèi)存，返回這塊內(nèi)存的首地址，把地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成char *類型后賦給char *類型的指針變量p。同時(shí)告訴我們這塊內(nèi)存將用來(lái)存儲(chǔ)char類型的數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)你只能通過(guò)指針變量p來(lái)操作這塊內(nèi)存。這塊內(nèi)存本身并沒有名字，對(duì)它的訪問(wèn)是匿名訪問(wèn)。
上面就是使用malloc函數(shù)成功分配一塊內(nèi)存的過(guò)程。但是，每次你都能分配成功嗎？
不一定。
函數(shù)同樣要注意這點(diǎn)：如果所申請(qǐng)的內(nèi)存塊大于目前堆上剩余內(nèi)存塊（整塊），則內(nèi)存分配會(huì)失敗，函數(shù)返回NULL。注意這里說(shuō)的“堆上剩余內(nèi)存塊”不是所有剩余內(nèi)存塊之和，因?yàn)閙alloc函數(shù)申請(qǐng)的是連續(xù)的一塊內(nèi)存。既然malloc函數(shù)申請(qǐng)內(nèi)存有不成功的可能，那我們?cè)谑褂弥赶蜻@塊內(nèi)存的指針時(shí)，必須用if（NULL！=p）語(yǔ)句來(lái)驗(yàn)證內(nèi)存確實(shí)分配成功了。
2. 用 malloc 函數(shù)申請(qǐng) 0 字節(jié)內(nèi)存
另外還有一個(gè)問(wèn)題：用malloc函數(shù)申請(qǐng)0字節(jié)內(nèi)存會(huì)返回NULL指針嗎？
可以測(cè)試一下，也可以去查找關(guān)于malloc函數(shù)的說(shuō)明文檔。申請(qǐng)0字節(jié)內(nèi)存，函數(shù)并不返回NULL，而是返回一個(gè)正常的內(nèi)存地址。但是你卻無(wú)法使用這塊大小為0的內(nèi)存。這好尺子上的某個(gè)刻度，刻度本身并沒有長(zhǎng)度，只有某兩個(gè)刻度一起才能量出長(zhǎng)度。對(duì)于這一點(diǎn)一定要小心，因?yàn)檫@時(shí)候if（NULL！=p）語(yǔ)句校驗(yàn)將不起作用。
3.內(nèi)存釋放
既然有分配，那就必須有釋放。不然的話，有限的內(nèi)存總會(huì)用光，而沒有釋放的內(nèi)存卻在空閑。與malloc對(duì)應(yīng)的就是free函數(shù)了。free函數(shù)只有一個(gè)參數(shù)，就是所要釋放的內(nèi)存塊的首地址。比如上例：
1 | free(p); |
free函數(shù)看上去挺狠的，但它到底作了什么呢？
其實(shí)它就做了一件事：斬?cái)嘀羔樧兞颗c這塊內(nèi)存的關(guān)系。
比如上面的例子，我們可以說(shuō)malloc函數(shù)分配的內(nèi)存塊是屬于p的，因?yàn)槲覀儗?duì)這塊內(nèi)存的訪問(wèn)都需要通過(guò)p來(lái)進(jìn)行。free函數(shù)就是把這塊內(nèi)存和p之間的所有關(guān)系斬?cái)唷拇藀和那塊內(nèi)存之間再無(wú)瓜葛。至于指針變量p本身保存的地址并沒有改變，但是它對(duì)這個(gè)地址處的那塊內(nèi)存卻已經(jīng)沒有所有權(quán)了。那塊被釋放的內(nèi)存里面保存的值也沒有改變，只是再也沒有辦法使用了。
這就是free函數(shù)的功能。按照上面的分析，如果對(duì)p連續(xù)兩次以上使用free函數(shù)，肯定會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。因?yàn)榈谝皇褂胒ree函數(shù)時(shí)，p所屬的內(nèi)存已經(jīng)被釋放，第二次使用時(shí)已經(jīng)無(wú)內(nèi)存可釋放了。關(guān)于這點(diǎn)，我(陳正沖老師)上課時(shí)讓學(xué)生記住的是：一定要一夫一妻制，不然肯定出錯(cuò)。
malloc兩次只free一次會(huì)內(nèi)存泄漏；malloc一次free兩次肯定會(huì)出錯(cuò)。也就是說(shuō)，在程序中malloc的使用次數(shù)一定要和free相等，否則必有錯(cuò)誤。這種錯(cuò)誤主要發(fā)生在循環(huán)使用malloc函數(shù)時(shí)，往往把malloc和free次數(shù)弄錯(cuò)了。
4.內(nèi)存釋放之后
既然使用free函數(shù)之后指針變量p本身保存的地址并沒有改變，那我們就需要重新把p的值變?yōu)镹ULL：
1 | p = NULL; |
這個(gè)NULL就是我們前面所說(shuō)的“栓野狗的鏈子”。如果你不栓起來(lái)遲早會(huì)出問(wèn)題的。比如：
在free（p）之后，你用if（NULL！=p）這樣的校驗(yàn)語(yǔ)句還能起作用嗎？
例如：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | char *p = (char *) malloc(100);strcpy(p, “hello”);free(p); /* p 所指的內(nèi)存被釋放，但是p所指的地址仍然不變*/if (NULL != p){/* 沒有起到防錯(cuò)作用*/strcpy(p, “world”); /* 出錯(cuò)*/} |
釋放完塊內(nèi)存之后，沒有把指針置NULL，這個(gè)指針就成為了“野指針”，也有書叫“懸垂指針”。這是很危險(xiǎn)的，而且也是經(jīng)常出錯(cuò)的地方。所以一定要記住一條：free完之后，一定要給指針置NULL。
5.內(nèi)存已經(jīng)被釋放了，但是繼續(xù)通過(guò)指針來(lái)使用
這里一般有三種情況：
第一種：就是上面所說(shuō)的，free（p）之后，繼續(xù)通過(guò)p指針來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存。解決的辦法就是給p置NULL。
第二種：函數(shù)返回棧內(nèi)存。這是初學(xué)者最容易犯的錯(cuò)誤。比如在函數(shù)內(nèi)部定義了一個(gè)數(shù)組，卻用return語(yǔ)句返回指向該數(shù)組的指針。解決的辦法就是弄明白棧上變量的生命周期。
第三種：內(nèi)存使用太復(fù)雜，弄不清到底哪塊內(nèi)存被釋放，哪塊沒有被釋放。解決的辦法是重新設(shè)計(jì)程序，改善對(duì)象之間的調(diào)用關(guān)系。
參考：陳正沖老師的《c語(yǔ)言深度剖析》。
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