C语言内存分配笔记

November 8, 2021

参见https://zh.cppreference.com/w/c/memory

#include <stdlib.h>

内存分配相关函数定义在 stdlib.h 中

`void* malloc( size_t size );`

分配 size 字节的未初始化内存。

若分配成功，则返回为任何拥有基础对齐的对象类型对齐的指针。

若 size 为零，则 malloc 的行为是实现定义的。例如可返回空指针。亦可返回非空指针；但不应当解引用这种指针，而且应将它传递给 free 以避免内存泄漏。

为获取返回值，在 malloc() 函数前进行强制类型转换

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int *arr = (int *)malloc(3 * sizeof(int));
    arr[0] = 1;
    arr[1] = 2;
    arr[2] = 3;
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
}

动态创建数组，实际上分配了 3 * sizeof(int)的空间给 arr，arr 被定义为指向这块内存首个元素的指针（因为已经进行了强制转换）
void 类型时返回内存块首字节的地址
于是可以通过数组语法访问这块内存

malloc() 分配的空间是未初始化的，这意味着使用时需要手动初始化

`void* calloc( size_t num, size_t size );`

为 num 个对象的数组分配内存，并初始化所有分配存储中的字节为零。

若分配成功，会返回指向分配内存块最低位（首位）字节的指针，它为任何类型适当地对齐。

若 size 为零，则行为是实现定义的（可返回空指针，或返回不可用于访问存储的非空指针）。

注意：因为对齐需求的缘故，分配的字节数不必等于 num * size 。初始化所有位为零不保证浮点数或指针被各种初始化为 0.0 或空指针（尽管这在所有常见平台上为真）。

`void* realloc( void *ptr, size_t new_size );`

重新分配给定的内存区域。它必须是之前为 malloc() 、 calloc() 或 realloc() 所分配，并且仍未被 free() 或 realloc() 的调用所释放。否则，结果未定义。

重新分配按以下二者之一执行：

a) 可能的话，扩张或收缩 ptr 所指向的已存在内存。内容在新旧大小中的较小者范围内保持不变。若扩张范围，则数组新增部分的内容是未定义的。
b) 分配一个大小为 new_size 字节的新内存块，并复制大小等于新旧大小中较小者的内存区域，然后释放旧内存块。
若无足够内存，则不释放旧内存块，并返回空指针。

若 ptr 是 NULL ，则行为与调用 malloc(new_size) 相同。

若 new_size 为零，则行为是实现定义的（可返回空指针，此情况下可能或可能不释放旧内存，或返回不会用于访问存储的非空指针）。

`void free( void* ptr );`

解分配之前由 malloc() 、 calloc() 、 aligned_alloc() (C11 起) 或 realloc() 分配的空间。

若 ptr 为空指针，则函数不进行操作。

若 ptr 的值不等于之前从 malloc() 、 calloc() 、 realloc() 或 aligned_alloc() (C11 起) 返回的值，则行为未定义。

若 ptr 所指代的内存区域已经被解分配，则行为未定义，即是说已经以 ptr 为参数调用 free() 或 realloc() ，而且没有后继的 malloc() 、 calloc() 或 realloc() 调用以 ptr 为结果。

若在 free() 返回后通过指针 ptr 访问内存，则行为未定义（除非另一个分配函数恰好返回等于 ptr 的值）。

`#include <string.h>`

字符数组操作相关函数定义于在 string.h
mem 系列函数

`void* memchr( const void* ptr, int ch, size_t count );`

在 ptr 所指向对象的首 count 个字符（每个都转译成 unsigned char ）中寻找 ch （在如同以 (unsigned char)ch 转换到 unsigned char 后）的首次出现。

若访问出现于被搜索的数组结尾后，则行为未定义。若 ptr 为空指针则行为未定义

注：该函数返回指向找到的字符位置的指针（也就是说输出该指针如同输出找到的字符及其之后的字符（直到'\0'）），或若找不到该字符则为空指针。

`int memcmp( const void* lhs, const void* rhs, size_t count );`

比较 lhs 和 rhs 所指向对象的首 count 个字节。比较按字典序进行。

结果的符号是在被比较对象中相异的首对字节的值（都转译成 unsigned char ）的差。

若在 lhs 和 rhs 所指向的任一对象结尾后出现访问，则行为未定义。若 lhs 或 rhs 为空指针则行为未定义。

注：可以看作 lhs - rhs

`void memset( void dest, int ch, size_t count );`

`errno_t memset_s( void *dest, rsize_t destsz, int ch, rsize_t count );` (C11 起)

复制值 ch （如同以 (unsigned char)ch 转换到 unsigned char 后）到 dest 所指向对象的首 count 个字节。
若出现 dest 数组结尾后的访问则行为未定义。若 dest 为空指针则行为未定义。

`void* memcpy( void dest, const void src, size_t count );` (C99 前)

`void* memcpy( void restrict dest, const void restrict src, size_t count );` (C99 起)

`errno_t memcpy_s( void restrict dest, rsize_t destsz, const void restrict src, rsize_t count );` (C11 起)

从 src 所指向的对象复制 count 个字符到 dest 所指向的对象。两个对象都被转译成 unsigned char 的数组。
若访问发生在 dest 数组结尾后则行为未定义。若对象重叠（这违背 restrict 契约） (C99 起)，则行为未定义。若 dest 或 src 为非法或空指针则行为未定义。

`void* memmove( void* dest, const void* src, size_t count );`

`errno_t memmove_s(void dest, rsize_t destsz, const void src, rsize_t count);` (C11 起)

从 src 所指向的对象复制 count 个字节到 dest 所指向的对象。两个对象都被转译成 unsigned char 的数组。对象可以重叠：如同复制字符到临时数组，再从该数组到 dest 一般发生复制。
若出现 dest 数组末尾后的访问则行为未定义。若 dest 或 src 为非法或空指针则行为未定义。

`void _memccpy(void _ restrict dest, const void * restrict src, int c, size_t count);` (C23 起)

从 src 所指向的对象复制字符到 dest 所指向的对象，在满足接下来的任何两个条件之一后停止：

复制了 count 个字符
找到（并复制）了字符 (unsigned char)c 。

转译 src 与 dest 对象为 unsigned char 的数组。
若符合任何以下条件则行为未定义：

出现越过 dest 数组结尾的访问
对象重叠（这违反 restrict 契约）
dest 或 src 为非法或空指针值

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