c語(yǔ)言free的用法

　　在C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)中，對(duì)內(nèi)存管理這部分的知識(shí)掌握尤其重要!現(xiàn)在我們來(lái)看看c語(yǔ)言free的用法。

　　一、malloc()和free()的基本概念以及基本用法：

　　1、函數(shù)原型及說(shuō)明：

　　void *malloc(long NumBytes)：該函數(shù)分配了NumBytes個(gè)字節(jié)，并返回了指向這塊內(nèi)存的指針。如果分配失敗，則返回一個(gè)空指針(NULL)。

　　關(guān)于分配失敗的原因，應(yīng)該有多種，比如說(shuō)空間不足就是一種。

　　void free(void *FirstByte)： 該函數(shù)是將之前用malloc分配的空間還給程序或者是操作系統(tǒng)，也就是釋放了這塊內(nèi)存，讓它重新得到自由。

　　2、函數(shù)的用法：

　　其實(shí)這兩個(gè)函數(shù)用起來(lái)倒不是很難，也就是malloc()之后覺(jué)得用夠了就甩了它把它給free()了，舉個(gè)簡(jiǎn)單例子：

　　// Code...

　　char *Ptr = NULL;

　　Ptr = (char *)malloc(100 * sizeof(char));

　　if (NULL == Ptr)

　　{

　　exit (1);

　　}

　　gets(Ptr);

　　// code...

　　free(Ptr);

　　Ptr = NULL;

　　// code...

　　就是這樣!當(dāng)然，具體情況要具體分析以及具體解決。比如說(shuō)，你定義了一個(gè)指針，在一個(gè)函數(shù)里申請(qǐng)了一塊內(nèi)存然后通過(guò)函數(shù)返回傳遞給這個(gè)指針，那么也許釋放這塊內(nèi)存這項(xiàng)工作就應(yīng)該留給其他函數(shù)了。

　　3、關(guān)于函數(shù)使用需要注意的一些地方：

　　A、申請(qǐng)了內(nèi)存空間后，必須檢查是否分配成功。

　　B、當(dāng)不需要再使用申請(qǐng)的內(nèi)存時(shí)，記得釋放;釋放后應(yīng)該把指向這塊內(nèi)存的指針指向NULL，防止程序后面不小心使用了它。

　　C、這兩個(gè)函數(shù)應(yīng)該是配對(duì)。如果申請(qǐng)后不釋放就是內(nèi)存泄露;如果無(wú)故釋放那就是什么也沒(méi)有做。釋放只能一次，如果釋放兩次及兩次以上會(huì)

　　出現(xiàn)錯(cuò)誤(釋放空指針例外，釋放空指針其實(shí)也等于啥也沒(méi)做，所以釋放空指針釋放多少次都沒(méi)有問(wèn)題)。

　　D、雖然malloc()函數(shù)的類(lèi)型是(void *),任何類(lèi)型的指針都可以轉(zhuǎn)換成(void *),但是最好還是在前面進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換，因?yàn)檫@樣可以躲過(guò)一

　　些編譯器的檢查。

　　好了!最基礎(chǔ)的東西大概這么說(shuō)!現(xiàn)在進(jìn)入第二部分：

　　二、malloc()到底從哪里得來(lái)了內(nèi)存空間：

　　1、malloc()到底從哪里得到了內(nèi)存空間?答案是從堆里面獲得空間。也就是說(shuō)函數(shù)返回的指針是指向堆里面的一塊內(nèi)存。操作系統(tǒng)中有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表。當(dāng)操作系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，就會(huì)遍歷該鏈表，然后就尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后就將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序。就是這樣!

　　說(shuō)到這里，不得不另外插入一個(gè)小話題，相信大家也知道是什么話題了。什么是堆?說(shuō)到堆，又忍不住說(shuō)到了棧!什么是棧?下面就另外開(kāi)個(gè)小部分專(zhuān)門(mén)而又簡(jiǎn)單地說(shuō)一下這個(gè)題外話：

　　2、什么是堆：堆是大家共有的空間，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有沒(méi)有分配的空間，局部堆就是用戶(hù)分配的空間。堆在操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程 初始化的時(shí)候分配，運(yùn)行過(guò)程中也可以向系統(tǒng)要額外的堆，但是記得用完了要還給操作系統(tǒng)，要不然就是內(nèi)存泄漏。

　　什么是棧：棧是線程獨(dú)有的，保存其運(yùn)行狀態(tài)和局部自動(dòng)變量的。棧在線程開(kāi)始的時(shí)候初始化，每個(gè)線程的?；ハ嗒?dú)立。每個(gè)函數(shù)都有自己的棧，棧被用來(lái)在函數(shù)之間傳遞參數(shù)。操作系統(tǒng)在切換線程的時(shí)候會(huì)自動(dòng)的切換棧，就是切換SS/ESP寄存器。?？臻g不需要在高級(jí)語(yǔ)言里面顯式的分配和釋放。

　　以上的概念描述是標(biāo)準(zhǔn)的描述，不過(guò)有個(gè)別語(yǔ)句被我刪除，不知道因?yàn)檫@樣而變得不標(biāo)準(zhǔn)了^_^.

　　通過(guò)上面對(duì)概念的描述，可以知道：

　　棧是由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值、局部變量的值等。操作方式類(lèi)似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。

　　堆一般由程序員分配釋放，若不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收。注意這里說(shuō)是可能，并非一定。所以我想再?gòu)?qiáng)調(diào)一次，記得要釋放!

　　注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式倒是類(lèi)似于鏈表。(這點(diǎn)我上面稍微提過(guò))

　　所以，舉個(gè)例子，如果你在函數(shù)上面定義了一個(gè)指針變量，然后在這個(gè)函數(shù)里申請(qǐng)了一塊內(nèi)存讓指針指向它。實(shí)際上，這個(gè)指針的地址是在棧上，但是它所指向的內(nèi)容卻是在堆上面的!這一點(diǎn)要注意!所以，再想想，在一個(gè)函數(shù)里申請(qǐng)了空間后，比如說(shuō)下面這個(gè)函數(shù)：

　　// code...

　　void Function(void)

　　{

　　char *p = (char *)malloc(100 * sizeof(char));

　　}

　　就這個(gè)例子，千萬(wàn)不要認(rèn)為函數(shù)返回，函數(shù)所在的棧被銷(xiāo)毀指針也跟著銷(xiāo)毀，申請(qǐng)的內(nèi)存也就一樣跟著銷(xiāo)毀了!這絕對(duì)是錯(cuò)誤的!因?yàn)樯暾?qǐng)的內(nèi)存在堆上，而函數(shù)所在的棧被銷(xiāo)毀跟堆完全沒(méi)有啥關(guān)系。所以，還是那句話：記得釋放!

　　3、free()到底釋放了什么

　　這個(gè)問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，其實(shí)我是想和第二大部分的題目相呼應(yīng)而已!哈哈!free()釋放的是指針指向的內(nèi)存!注意!釋放的是內(nèi)存，不是指針!這點(diǎn)非常非常重要!指針是一個(gè)變量，只有程序結(jié)束時(shí)才被銷(xiāo)毀。釋放了內(nèi)存空間后，原來(lái)指向這塊空間的指針還是存在!只不過(guò)現(xiàn)在指針指向的內(nèi)容的垃圾，是未定義的，所以說(shuō)是垃圾。因此，前面我已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，釋放內(nèi)存后把指針指向NULL，防止指針在后面不小心又被解引用了。非常重要啊這一點(diǎn)!

　　好了!這個(gè)“題外話”終于說(shuō)完了。就這么簡(jiǎn)單說(shuō)一次，知道個(gè)大概就可以了!下面就進(jìn)入第三個(gè)部分：

　　三、malloc()以及free()的機(jī)制：

　　這個(gè)部分我今天才有了新的認(rèn)識(shí)!而且是轉(zhuǎn)折性的認(rèn)識(shí)!所以，這部分可能會(huì)有更多一些認(rèn)識(shí)上的錯(cuò)誤!不對(duì)的地方請(qǐng)大家?guī)兔χ赋?

　　事實(shí)上，仔細(xì)看一下free()的函數(shù)原型，也許也會(huì)發(fā)現(xiàn)似乎很神奇，free()函數(shù)非常簡(jiǎn)單，只有一個(gè)參數(shù)，只要把指向申請(qǐng)空間的指針傳遞

　　給free()中的參數(shù)就可以完成釋放工作!這里要追蹤到malloc()的申請(qǐng)問(wèn)題了。申請(qǐng)的時(shí)候?qū)嶋H上占用的內(nèi)存要比申請(qǐng)的大。因?yàn)槌龅目臻g是用來(lái)記錄對(duì)這塊內(nèi)存的管理信息。先看一下在《UNIX環(huán)境高級(jí)編程》中第七章的一段話：

　　大多數(shù)實(shí)現(xiàn)所分配的存儲(chǔ)空間比所要求的要稍大一些，額外的空間用來(lái)記錄管理信息——分配塊的長(zhǎng)度，指向下一個(gè)分配塊的指針等等。這就意味著如果寫(xiě)過(guò)一個(gè)已分配區(qū)的尾端，則會(huì)改寫(xiě)后一塊的管理信息。這種類(lèi)型的錯(cuò)誤是災(zāi)難性的，但是因?yàn)檫@種錯(cuò)誤不會(huì)很快就暴露出來(lái)，所以也就很難發(fā)現(xiàn)。將指向分配塊的指針向后移動(dòng)也可能會(huì)改寫(xiě)本塊的管理信息。

　　以上這段話已經(jīng)給了我們一些信息了。malloc()申請(qǐng)的空間實(shí)際我覺(jué)得就是分了兩個(gè)不同性質(zhì)的空間。一個(gè)就是用來(lái)記錄管理信息的空間，另外一個(gè)就是可用空間了。而用來(lái)記錄管理信息的實(shí)際上是一個(gè)結(jié)構(gòu)體。在C語(yǔ)言中，用結(jié)構(gòu)體來(lái)記錄同一個(gè)對(duì)象的不同信息是

　　天經(jīng)地義的事!下面看看這個(gè)結(jié)構(gòu)體的原型：

　　struct mem_control_block {

　　int is_available; //這是一個(gè)標(biāo)記?

　　int size; //這是實(shí)際空間的大小

　　};

　　對(duì)于size,這個(gè)是實(shí)際空間大小。這里其實(shí)我有個(gè)疑問(wèn)，is_available是否是一個(gè)標(biāo)記?因?yàn)槲铱戳薴ree()的源代碼之后對(duì)這個(gè)變量感覺(jué)有點(diǎn)納悶(源代碼在下面分析)。這里還請(qǐng)大家指出!

　　所以，free()就是根據(jù)這個(gè)結(jié)構(gòu)體的信息來(lái)釋放malloc()申請(qǐng)的空間!而結(jié)構(gòu)體的兩個(gè)成員的大小我想應(yīng)該是操作系統(tǒng)的事了。但是這里有一個(gè)問(wèn)題，malloc()申請(qǐng)空間后返回一個(gè)指針應(yīng)該是指向第二種空間，也就是可用空間!不然，如果指向管理信息空間的話，寫(xiě)入的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)體的類(lèi)型有可能不一致，或者會(huì)把管理信息屏蔽掉，那就沒(méi)法釋放內(nèi)存空間了，所以會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤!(感覺(jué)自己這里說(shuō)的是廢話)

　　好了!下面看看free()的源代碼，我自己分析了一下，覺(jué)得比起malloc()的源代碼倒是容易簡(jiǎn)單很多。只是有個(gè)疑問(wèn)，下面指出!

　　// code...

　　void free(void *ptr)

　　{

　　struct mem_control_block *free;

　　free = ptr - sizeof(struct mem_control_block);

　　free->is_available = 1;

　　return;

　　}

　　看一下函數(shù)第二句，這句非常重要和關(guān)鍵。其實(shí)這句就是把指向可用空間的指針倒回去，讓它指向管理信息的那塊空間，因?yàn)檫@里是在值上減去了一個(gè)結(jié)構(gòu)體的大小!后面那一句free->is_available = 1;我有點(diǎn)納悶!我的想法是：這里is_available應(yīng)該只是一個(gè)標(biāo)記而已!因?yàn)閺倪@個(gè)變量的名稱(chēng)上來(lái)看，is_available 翻譯過(guò)來(lái)就是“是可以用”。不要說(shuō)我土!我覺(jué)得變量名字可以反映一個(gè)變量的作用，特別是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇a。這是源代碼，所以我覺(jué)得絕對(duì)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?!這個(gè)變量的值是1，表明是可以用的空間!只是這里我想了想，如果把它改為0或者是其他值不知道會(huì)發(fā)生什么事?!但是有一點(diǎn)我可以肯定，就是釋放絕對(duì)不會(huì)那么順利進(jìn)行!因?yàn)檫@是一個(gè)標(biāo)記!

　　當(dāng)然，這里可能還是有人會(huì)有疑問(wèn)，為什么這樣就可以釋放呢??我剛才也有這個(gè)疑問(wèn)。后來(lái)我想到，釋放是操作系統(tǒng)的事，那么就free()這個(gè)源代碼來(lái)看，什么也沒(méi)有釋放，對(duì)吧?但是它確實(shí)是確定了管理信息的那塊內(nèi)存的內(nèi)容。所以，free()只是記錄了一些信息，然后告訴操作系統(tǒng)那塊內(nèi)存可以去釋放，具體怎么告訴操作系統(tǒng)的我不清楚，但我覺(jué)得這個(gè)已經(jīng)超出了我這篇文章的討論范圍了。

　　那么，我之前有個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，就是認(rèn)為指向那塊內(nèi)存的指針不管移到那塊內(nèi)存中的哪個(gè)位置都可以釋放那塊內(nèi)存!但是，這是大錯(cuò)特錯(cuò)!釋放是不可以釋放一部分的!首先這點(diǎn)應(yīng)該要明白。而且，從free()的源代碼看，ptr只能指向可用空間的首地址，不然，減去結(jié)構(gòu)體大小之后一定不是指向管理信息空間的首地址。所以，要確保指針指向可用空間的首地址!不信嗎?自己可以寫(xiě)一個(gè)程序然后移動(dòng)指向可用空間的指針，看程序會(huì)有會(huì)崩!

　　最后可能想到malloc()的源代碼看看malloc()到底是怎么分配空間的，這里面涉及到很多其他方面的知識(shí)!有興趣的朋友可以自己去下載源

　　代碼去看看。