c语言 malloc函数详解分享！

谈到malloc函数相信学过c语言的人都很熟悉，但是malloc底层到底做了什么又有多少人知道。

1、关于malloc相关的几个函数

关于malloc我们进入Linux man一下就会得到如下结果：

也可以这样认为（window下）原型：

  extern void *malloc(unsigned int num_bytes);

头文件：

  #include<malloc.h>或者#include<alloc.h>两者的内容是完全一样的

如果分配成功：则返回指向被分配内存空间的指针

不然返回指针NULL

同时，当内存不再使用的时候，应使用free()函数将内存块释放掉。

关于：void*,表示未确定类型的指针，c,c++规定void*可以强转为任何其他类型的指针，关于void还有一种说法就是其他任何类型都可以直接赋值给它，无需进行强转，但是反过来不可以

malloc:

malloc分配的内存大小至少为参数所指定的字节数

malloc的返回值是一个指针，指向一段可用内存的起始位置，指向一段可用内存的起始地址，多次调用malloc所分配的地址不能有重叠部分，除非某次malloc所分配的地址被释放掉malloc应该尽快完成内存分配并返回（不能使用NP-hard的内存分配算法）实现malloc时应同时实现内存大小调整和内存释放函数（realloc和free）

malloc和free是配对的，如果申请后不释放就是内存泄露，如果无故释放那就是什么也没做，释放只能释放一次，如果一块空间释放两次或者两次以上会出现错误（但是释放空指针例外，释放空指针也等于什么也没做，所以释放多少次都是可以的。）

2、malloc和new

new返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需要的大小。

  int *p;  p = new int;//返回类型为int* ，分配的大小是sizeof(int)  p = new int[100];//返回类型是int*类型，分配的大小为sizeof(int)*100

而malloc需要我们自己计算字节数，并且返回的时候要强转成指定类型的指针。

  int *p;  p = (int *)malloc(sizeof(int));

（1）malloc的返回是void*,如果我们写成了：p=malloc(sizeof(int));间接的说明了（将void转化给了int*，这不合理）
（2）malloc的实参是sizeof(int)，用于指明一个整型数据需要的大小，如果我们写成p=(int*)malloc(1),那么可以看出：只是申请了一个一个字节大小的空间。
（3）malloc只管分配内存，并不能对其进行初始化，所以得到的一片新内存中，其值将是随机的。一般意义上：我们习惯性的将其初始化为NULL，当然也可以使用memset函数。

简单的说：

malloc函数其实就是在内存中找一片指定大小的空间，然后将这个空间的首地址给一个指针变量，这里的指针变量可以是一个单独的指针，也可以是一个数组的首地址，这要看malloc函数中参数size的具体内容。我们这里malloc分配的内存空间在逻辑上是连续的，而在物理上可以不连续。我们作为程序员，关注的是逻辑上的连续，其他的操作系统会帮着我们处理。

下面就来看看malloc具体是怎么实现的。

首先要了解操作系统相关的知识：

虚拟内存地址和物理内存地址

为了简单，现代操作系统在处理物理内存地址时，普遍采用虚拟内存地址技术。即在汇编程序层面，当涉及内存地址时，都是使用的虚拟内存地址。采用这种技术时，每个进程仿佛自己独享一片2N字节的内存，其中N是机器位数。例如在64位CPU和64位操作系统下每个进程的虚拟地址空间为264Byte。

这种虚拟地址空间的作用主要是简化程序的编写及方便操作系统对进程间内存的隔离管理，真实中的进程不太可能如此大的空间，实际能用到的空间大小取决于物理内存的大小。

由于在机器语言层面都是采用虚拟地址，当实际的机器码程序涉及到内存操作时，需要根据当前进程运行的实际上下文将虚拟地址转化为物理内存地址，才能实现对内存数据的操作。这个转换一般由一个叫MMU的硬件完成。

页与地址构成

在现代操作系统中，不论是虚拟内存还是物理内存，都不是以字节为单位进行管理的，而是以页为单位。一个内存页是一段固定大小的连续的连续内存地址的总称，具体到Linux中，典型的内存页大小为4096 Byte

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