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linux c malloc函数定义及用法详解

 
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    发布时间:2015-1-28  


    linux c malloc函数定义及用法详解linux c malloc函数所在的头文件:#include<stdlib.h>linux c malloc函数原型及定义void*malloc(size_tsize)函数说明: malloc的参数size表示要分配的字节数,如果分配失败(可能是...

linux c malloc函数定义及用法详解

linux c malloc函数所在的头文件:

#include <stdlib.h>

linux c malloc函数原型及定义

void * malloc (size_t size)

函数说明:

    malloc的参数size表示要分配的字节数,如果分配失败(可能是由于系统内存耗尽)则返回NULL。由于malloc函数不知道用户拿到这块内存要存放什么类型的数据,所以返回通用指针void *,用户程序可以转换成其它类型的指针再访问这块内存。动态分配的内存用完之后可以用free释放掉,传给free的参数正是先前malloc返回的内存块首地址。

linux操作系统系统内存分配来源

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。

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程序员决定,使用非常灵活。

linux系统内存分配的原理

从操作系统角度来看,进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap(不考虑共享内存)。

1、brk是将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推;

2、mmap是在进程的虚拟地址空间中(堆和栈中间,称为文件映射区域的地方)找一块空闲的虚拟内存。

     这两种方式分配的都是虚拟内存,没有分配物理内存。在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候,发生缺页中断,操作系统负责分配物理内存,然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系。在标准C库中,提供了malloc/free函数分配释放内存,这两个函数底层是由brk,mmap,munmap这些系统调用实现的。

Linux虚拟内存的实现结构如下图所示

linux c malloc函数定义及用法详解

 malloc()函数分配的内存空间来源

 malloc()到底从哪里得到了内存空间?

    答案是从堆里面获得空间。也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时,就会遍历该链表,然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后就将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序。

 那么什么是堆? 

   堆是大家共有的空间,分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间,局部堆就是用户分配的空间。堆在操作系统对进程 初始化的时候分配,运行过程中也可以向系统要额外的堆,但是记得用完了要还给操作系统,要不然就是内存泄漏。 

什么是栈?

   栈是线程独有的,保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化,每个线程的栈互相独立。每个函数都有自己的栈,栈被用来在函数之间传递参数。操作系统在切换线程的时候会自动的切换栈,就是切换SS/ESP寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。

   栈是由编译器自动分配释放,存放函数的参数值、局部变量的值等。操作方式类似于数据结构中的栈。堆一般由程序员分配释放,若不释放,程序结束时可能由OS回收。注意这里说是可能,并非一定。所以我想再强调一次,记得要释放!


malloc内存分配示意图

linux c malloc函数定义及用法详解


在linux Centos 5.4上查看malloc函数的头文件、定义及返回值命令如下:

man malloc

显示结果截图:

linux c malloc函数定义及用法详解

使用malloc函数分配空间并初始化:

struct foo *ptr;
...
ptr = (struct foo *) malloc (sizeof (struct foo));
if (ptr == 0) abort ();
memset (ptr, 0, sizeof (struct foo));

使用malloc要尽可能按照如下约束操作 

    1、malloc的size 是4Kbytes的倍数。如果你各处的malloc加起来也没有4Kbytes。那么你自己申请一个4KBYTES,然后自己规划每处的使用。而free则一次就OK。因为这样有可能比你多次malloc申请空间更省系统的内存。所以记得,出于高效利用资源的角度,不浪费系统内存的目的,你要4Kbytes的申请空间。 

    2、如果除了主函数外,一个函数里,malloc了个空间,同时又free了这个空间,则你应当认为这是个设计失误。你完全可以将这些工作放到外部函数里操作。依次向外推,直到属于主函数调用的两个不同函数实现,一个是alloc_all,一个是free_all。更别提for循环内出现malloc free。 

    3、除非你在做个足够大的系统。同时至少有自己的一套内部存储空间逻辑,否则尽可能的让你的所有计算都落于不大于CPU最大CACHE 2倍的空间。也就是说无论你申请多大的空间。真正给与计算操作的窗口不要大于CACHE2倍。 

    4、malloc的申请次数越少越好。即便你没有自己的内存管理模块,也要有组织数据空间的代码。 

    5、由于page的存在。计算的数据之间的距离尽量小。最好始终保持小于page的尺寸。也即任意两个二元操作的数据源的地址偏差尽量小于4KBytes。 


linux下malloc函数代码举例1

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