Glibc 内存申请和释放及堆连续检查


C语言有两种内存申请方式：

1、静态申请：当你声明全局或静态变量的时候，会用到静态申请内存。静态申请的内存有固定的空间大小。空间只在程序开始的时候申请一次，并且不再释放（除非程序结束）。

2、自动申请：当你声明自动变量的时候会使用自动申请。函数参数、局部变量都属于自动变量。这些变量空间在程序执行致相关语句块申请，离开语句块时释放。

还有一种内存申请方式：动态内存申请。C语言变量并不支持动态内存申请，这一功能由库函数实现。C里面没有动态这个存储类型！！

当你需要存储一些数据，但又不知道这些数据有多大或者这些数据会不断的增加。这是后使用动态申请内存技术会非常有用。动态申请是一种显示申请行为，你必须调用相关函数或者宏，并指名申请的大小。申请到的内存空间只能使用指针访问，动态内存还会消耗额外的计算时间，使用起来颇为不便。所以除非必须自动申请和静态申请都不管用，才会考虑动态申请。当然啦，动态申请是一项很重要的技术，没了他不行。

malloc函数原型：

void *malloc(size_t size)

说明：　　malloc函数申请的内存空间并不会初始化。我们需要手动使用memset函数将内存快置零。

内存对齐：malloc申请到的内存在32位系统中以8的倍数对齐，64位系统中以16的倍数对齐。如果想以一整页对齐，则需要aligned_alloc或者posix_memalign函数。

返回值：无法申请内存时，返回空指针。

memset函数原型：

void *memset(void *block, int c, size_t size)

如果你想为字符串申请内存，记得大小为长度+1——字符串的最后的空字符并没有被计入长度。

char *ptr;
...
ptr = (char *) malloc (length+1);    //强制转换

　　内存释放函数(用来释放malloc申请的内存)：

#include<stdlib.h>
void free(void *ptr);    //释放ptr指向的内存块
void cfree(void *ptr);    //和free一样，但提供与SunOS的兼容性。推荐使用free

如果你想调整动态申请的内存的大小，使用realloc函数，原型如下：

#include<stdlib.h>
void *realloc(void *ptr, size_t newsize)
/*如果旧的内存块后面没有足够的空间申请额外的内存，realloc会重新找一块   
*地方申请newsize大小的内存，并将旧内存复制到新内存中。
*返回值：无法申请空间时返回空指针，原内存空间无变化。
*/

申请一块干净的内存空间，我们之前使用malloc，在使用memset清空内存空间。现在我们使用calloc一步到位。

 

#include <stdlib.h>
void *calloc(size_t count, size_t eltsize)
/*等同于
void * calloc(size_t count, size_t eltsize)
{
    size_t size = count * eltsize;
    void *value = malloc(size);
    if (value != 0) memset(value, 0, size);
    return value;
}
*/

 

malloc的效率问题：

　　GNU C库中，malloc实际申请的内存大小不会以2的n次方呈现，他会和周围的内存碎片合并，从而避免内存的浪费。

　　如果需要申请大的内存块（大于一个页），可以使用mmap。mmap函数申请的内存实际上是内存IO映射。我们知道程序面对的是虚拟内存，虚拟内存的背后要有实际物理内存。实际物理内存可以借用辅存。内存是按页划分的，申请大于一个页的内存会有什么事情发生呢？这一页的实际物理内存会被系统锁定。那么很大的物理内存无法被其他程序利用。而我们使用mmap函数，是将虚拟内存和辅存上的文件对应，最重要的是：只有程序对对这块虚拟内存操作的时候，才会申请相应大小实际物理内存。还有个问题是碎片化，如果你申请的内存恰好在两个被使用的内存之间，而你申请的内存有很大，那剩下的空间就很小（可能谁也用不了）(个人理解）

关于内存对齐

　　malloc 和realloc返回的块地址永远是8的倍数或者64位系统下16的倍数（这和之前所说的大小并不是一回事），如果你想返回更高的倍数可以使用aligned_alloc或者posix_memalign（不过多大的倍数，都必须是2的n次方）

#include<stdlib.h>
void *aligned_alloc(size_t alignment, size_t size)
/*说明*/
//申请size大小的内存块，地址为alignment的倍数（size必须为alignment的倍数）
//如果出错会设置errno，详情请man aligned_alloc
//ISO C11之后的标准支持该函数，在非POSIX系统中兼容性比posix_memalign好

#include <stdlib.h>
void　*memalign(size_t boundary, size_t size)
/*说明*/
//memalign同样申请size大小的内存，返回的地址为boundary的倍数。不同的是memalign实际申请的内存大小会稍微大一些（避免内存碎片化），返回的地址实际为内存块里的一个特定边界

#include<stdlib.h>
int posix_memalign(void **memptr, size_t alignment, size_t size)
/*说明*/
//posix_memalign通过memptr返回地址，所以memptr使用了指针的指针。（应该不难理解）
//与memalign不同的地方：alignment的值必须是sizeof(void *)的正数倍，且为2的n次方。（当然所有的内存对齐申请函数的alignment都必须是2的n次方）

 

#include<stdlib.h>
void *valloc(size_t size)

/*说明*/
//等同于如下的函数
void * valloc (size_t size)
{
    return memalign(getpagesize(), size);
}

//可见，valloc申请的内存边界是以页为大小的。

想要设置内存申请的参数，可以使用mallopt函数

#include <malloc.h>
int mallopt(int param, int value);

传进的参数是一对的，param=value。详细介绍以后再写，或者查看man手册。

动态申请的内存块是堆内存，堆内存不一定是连续的。如果我们想检查其连续性可以使用mcheck函数

#include<mcheck.h>
int mcheck(void (*abortfn) (enum mcheck_status status))
/*简要说明*/
//参数：函数指针，该函数指针指向的函数需要接收mcheck_status的枚举类型。
//mcheck 在检查堆连续性时，如果发现不连续，会调用abortfn指向的函数。如果你提供的时空指针，则会使用默认函数（打印相关信息后停止程序）
//为了能让mcheck函数起作用，你需要在编译选项中添加-lmcheck选项。
//另外你也可以在gdb调试时调用mcheck函数。
//状态值：描述了不连续的类型（具体的查看手册）

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