C语言动态内存分配实现：malloc函数详解

发布时间：2023-05-17

一、什么是动态内存分配？

在程序运行时，动态内存分配是指程序根据需要在内存中动态地分配一块内存空间，并在使用完毕后释放该内存空间，以供其他程序使用，从而实现内存空间的灵活管理。动态内存分配需要使用C语言提供的 malloc 函数和 free 函数。

二、malloc 函数的详细介绍

malloc 函数是C语言中的标准库函数，其原型为 void *malloc(size_t size)，其中 size_t 是一个无符号整型。

void *malloc(size_t size) {
    if (size <= 0) {
        return NULL;
    }
    void *p = (void *)sbrk(size);
    if (p == (void *)-1) {
        return NULL;
    }
    return p;
}

该函数的作用是分配 size 字节的内存空间，并返回一个指向该内存空间的指针。如果分配失败，则返回 NULL。malloc 函数的内部实现使用了系统调用 sbrk，用于在进程的地址空间中扩大或缩小堆空间，也就是获取一段连续的内存空间。

三、动态内存分配的注意事项

  1. 内存泄漏：在分配内存之后，需要在使用完毕后手动释放该内存空间，否则会产生内存泄漏。因为程序终止时会自动释放所有被分配的内存，但是在程序运行时分配的内存必须手动释放。
  2. 指针指向问题：分配内存空间时会返回一个指向该内存空间的指针，需要注意指针指向的正确性，以避免意外修改其它内存空间。因此，我们通常使用 sizeof 运算符来获得空间的大小，以保证分配的内存空间足够使用。
  3. 内存对齐问题：内存分配时通常以字节为单位进行分配，由于计算机各个组件内部的字节对齐方式不同，可能会导致一些内存对齐问题。为了解决这个问题，可以使用C语言中的 alignof 操作符获取系统对齐要求，并手动进行内存对齐。

四、示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
    if (p == NULL) {
        printf("内存分配失败");
        return 1;
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        *(p + i) = i + 1;
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d ", *(p + i));
    }
    free(p);
    return 0;
}

上述代码利用了 malloc 函数动态分配了一个 int 类型的数组空间，大小为 10 * sizeof(int)，即40个字节，并存储在指针变量 p 中。该示例代码使用了 for 循环来向这个数组中赋值，并通过 for 循环输出了数组的值。最后，通过调用 free 函数释放了这个数组占用的内存空间。

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