malloc 的微浅理解

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这段时间在学习数据结构。对数据结构中的 malloc 总是感到困惑，这几天查了资料，算是查清楚了 malloc 的用法，特此记录在数据结构中，对结构体最开始分配空间的步骤是（以线性表为例）：

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typedef struct{
  ElemType data[MaxSize];//`ElemType` 就是用来代替实际数据类型（如int）的一个占位符。
  int length;
} SqList;

void CreateList(SqList *&L, ElemType a[], int n){ 
  L = (SqList *)malloc(sizeof(SqList));
  while(i<n){
    L -> data[k]=a[i];
    k++,i++;
  }
  L ->length = k;
}

在这段算法中，比较难理解的是这两行代码

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SqList *&L;
//和
L = (SqList *)malloc(sizeof(SqList));

前者代表的是对指针的引用，允许函数内部修改函数外部传入的指针本身，而不仅仅是修改指针所指向的值。后者是对指针所指向的地址进行动态内存分配。

对于 SqList *&L，
* 用于指针前面时，它表示解引用操作，即获取指针所指向的值。例如，int x = *ptr; 表示将指针 ptr 指向的整数值赋给变量 x。
& 运算符：& 运算符用于取地址操作。当 & 用于变量前面时，它返回该变量的地址。例如，int x = 10; int *ptr = &x; 将变量 x 的地址赋给指针 ptr。*&：这个组合可以看作是将一个指针的引用。* 表示指针，而 & 表示引用。所以 *& 表示指针的引用。这在 C/C++ 中是合法的语法，允许在函数参数中传递指针的引用，以便在函数内部修改指针指向的地址。因此，SqList *&L 声明了一个指针 L 的引用，它指向一个 SqList 类型的对象

我们在来讲讲 malloc。malloc 全称 memory allocation，在 cppference 中有写到 malloc 的功能。

Allocates size bytes of uninitialized storage.
分配 size 字节的未初始化存储。
If allocation succeeds, returns a pointer that is suitably aligned for any object type with fundamental alignment.
如果分配成功，则返回一个指针，该指针适合任何具有基本对齐方式的对象类型。
If size is zero, the behavior of malloc is implementation-defined. For example, a null pointer may be returned. Alternatively, a non-null pointer may be returned; but such a pointer should not be dereferenced, and should be passed to free to avoid memory leaks.
如果 size 为零，则 malloc 的行为是实现定义的。例如，可以返回空指针。或者，可以返回非空指针；但这样的指针不应该被取消引用，并且应该传递给 free 以避免内存泄漏。

以下是 malloc（） 函数的声明。

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void *malloc(size_t size)

其中，size_t 是一个无符号整数类型，通常用于表示内存块的大小在不同的平台上，size_t 的大小可能会有所不同，但它通常被设计为足以容纳系统中最大可能的对象大小。

size_t can store the maximum size of a theoretically possible object of any type (including array).

void* 是一个指针类型，表示指向未知类型的指针。这种类型的指针可以指向任何类型的数据，但不能直接对其进行解引用操作。

所以我们需要将其转化，因此可以有

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

或者说，可以使用隐式转化

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

此刻，一个内存空间就创立好了，那么，发生了什么事情？

当执行 int* intPtr = malloc(sizeof(int)); 这行代码时，发生了以下几件事情：

  1. malloc 分配内存：malloc(sizeof(int)) 这部分是一个函数调用，它调用了 malloc 函数来分配一块内存空间，大小为 sizeof(int) 字节，也就是一个整数大小的内存块。sizeof() 是一个运算符，用于计算指定类型的大小。

  2. 返回指针：malloc 函数返回一个指向新分配的内存块起始地址的指针。这个指针的类型是 void*，即指向未知类型的指针，需要转化。

  3. 类型转换：在赋值语句 int* intPtr = ... 中，void* 类型的指针被隐式地转换为 int* 类型的指针。这是因为 int* 类型的指针可以指向整数类型的数据，而 malloc 返回的指针指向的是刚分配的内存块，大小为一个整数的大小。

  4. 赋值给指针变量：分配的内存块的起始地址被赋值给了 intPtr 指针变量，使得 intPtr 指向了这块新分配的内存空间。

因此，int* intPtr = malloc(sizeof(int)); 这行代码的作用是分配一块大小为一个整数大小的内存空间，并将其起始地址存储在 intPtr 指针变量中，以便后续使用。当然，这个数字还可以通过 n 来拓展
cppference.com 也写出了关于它的用法和格式

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#include <stdio.h>   
#include <stdlib.h> 
 
int main(void) 
{
    int *p1 = malloc(4*sizeof(int));
    // allocates enough for an array of 4 int(为 4 个 int 的数组分配足够的空间)
    
    int *p2 = malloc(sizeof(int[4]));//same, naming the type directly(一样，直接命名类型)
    
    int *p3 = malloc(4*sizeof *p3);//same, without repeating the type name(相同，不重复类型名称)
 
    if(p1) {
        for(int n=0; n<4; ++n) // populate the array
            p1[n] = n*n;
        for(int n=0; n<4; ++n) // print it back out
            printf("p1[%d] == %d\n", n, p1[n]);
    }
 
    free(p3);
    free(p3);
    free(p3);
}

如有错误，还请指出，愿我们共同成长。

参考资料:

  • cppreference.com