malloc、realloc、calloc的用法，作用，区别，及实现原理

先来看一下三个函数的声明：

void * malloc(unsigned size);
void * realloc(void *ptr, unsigned newsize);
void * calloc(size_t numElements, size_t sizeofElement);

它们都包含在

#include <stdlib.h>

头文件中,他们的返回值都是请求分配的地址，如果请求失败就返回NULL。

解释一下这三个函数的用法、作用、区别。

malloc（）

malloc()在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域。参数size为需要的内存空间的长度，返回该区域的地址

示例：





calloc（）

calloc（）与malloc相似，参数sizeofElement为申请地址的单位元素长度，numElements为参数个数

示例：





由于malloc可以很方便的实现calloc的功能，所以我们一般不去使用calloc。

realloc（）

realloc（）是给一个已经分配了地址的指针重新分配空间，参数ptr为原有的空间地址，newsize是重新申请的地址空间

示例：





区别如下：

malloc不能初始化所分配的内存空间，而函数calloc能。如果malloc函数分配的内存空间原来没有被使用过，则其中的每一位可能都是0；反之，如果这部分内存曾经被分配过，则其中可能遗留各种各样的数据，也就是说，使用malloc函数的程序开始时（内存还没有被重新分配）能正常进行，但经过一段时间（内存已经被重新分配，可能会出现一些问题）。

calloc会将所分配的空间中的每一位都初始化为零，也就是说如果你是字符类型或整数类型的元素分配内存，那么这些元素将保证会被动的初始化为0，如果你为指针类型的元素分配内存，那么这些元素通常会被初始化为空指针。如果你为实型元素分配内存，则这些元素会被初始化为浮点型的0。

realloc可以对给定的指针所指向的空间进行扩大或缩小，无论是扩大还是缩小，原有的内存中的内容将保持不变，当然，对于缩小，则被缩小的那一部分的内容将会丢失，realloc并不保持调整后的内存空间和原来的 内存空间保持同一内存地址，realloc返回的指针很可能指向新的地址。

实现原理

malloc、calloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存连接为一个长长的链表（即所谓的空闲链表）。调用malloc函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块，然后将该内存块一分为二（一块的大小与用户申请的大小一样，另一块就是剩下的字节），接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话），返回到链表上，调用free函数 时，它将用户释放的内存块连接到空链上，到最后，空闲链表会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可能满足用户要求的片段了，于是malloc函数请求延时，并开始在空间中翻箱倒柜的检查内存片段，对它们进行整理，并将相邻的小空闲块合成较大的内存块

realloc是从堆空间上分配内存，当扩大一块内存空间时，realloc试图直接从现存的数据后面的哪些字节中获得附加的字节，如果能够满足，自然天下太平，那么如果后面的字节不够，问题就来了，那么就使用堆上第一个足够满足要求的自由空间块，现存的数据然后就被拷贝到新的位置上，而老块则放回堆空间，这句话传递的一个很重要的信息就是数据可能被移动。