C语言中malloc是动态内存分配函数。
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函数原型：void *malloc(unsigned int num_bytes)。
参数：num_bytes 是无符号整型，用于表示分配的字节数。
注意：当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。函数返回的指针一定要适当对齐，使其可以用于任何数据对象。关于该函数的原型，在以前malloc返回的是char型指针，新的ANSIC标准规定，该函数返回为void型指针，因此必要时要进行类型转换。
实现malloc的方法：
首先我们要确定所采用的数据结构。一个简单可行方案是将堆内存空间以块的形式组织起来，每个块由meta区和数据区组成，meta区记录数据块的元信息（数据区大小、空闲标志位、指针等等）。
数据区是真实分配的内存区域，并且数据区的第一个字节地址即为malloc返回的地址 。
c语言中malloc函数和realloc函数的区别为：分配不同、释放不同、强制转化不同。
一、分配不同
1、malloc函数：malloc函数对没有分配过的内存块直接进行分配。
2、realloc函数：realloc函数是在已经分配好的内存块重新进行分配。
二、释放不同
1、malloc函数：malloc函数分配好的内存块一般要用free(size_t size)来释放内存块。
2、realloc函数：realloc函数分配好的内存块不需要用free(size_t size)来释放内存块。
三、强制转化不同
1、malloc函数：malloc函数需要强制转化。
2、realloc函数：realloc函数不需要强制转化。
相同点：都会分配内存
不同点：
（1）如果构造函数和析构函数，则new和delete会分别调用构造函数和析构函数，malloc和free则不会
（2）malloc和free是函数，而new和delete是运算符
动态内存分配即分配内存大小在运行时才确定，一般在堆中分配。
C语言动态内存分配相关的函数如下几个：malloc、calloc、realloc、free；
malloc函数的使用比较直接，一个成功的malloc调用返回分配的size大小的内存的指针。失败时返回NULL并将错误代码置为ENOMEM。
calloc函数可以分配nr个size大小的内存空间，一般用于一组struct结构体的分配。
realloc函数将ptr指向的内存空间重新分配大小为size并返回新的内存首地址。
free函数释放前三个函数申请的内存空间，所以，使用前三个分配函数分配的内存一定要free掉。
malloc() 函数用来动态地分配内存空间，其原型为：void* malloc (size_t size);
说明：
【参数说明】
size 为需要分配的内存空间的大小，以字节（Byte）计。
【函数说明】
malloc() 在堆区分配一块指定大小的内存空间，用来存放数据。这块内存空间在函数执行完成后不会被初始化，它们的值是未知的。如果希望在分配内存的同时进行初始化，请使用 calloc() 函数。
【返回值】
分配成功返回指向该内存的地址，失败则返回 NULL。
操作：
由于申请内存空间时可能有也可能没有，所以需要自行判断是否申请成功，再进行后续操作。
如果 size 的值为 0，那么返回值会因标准库实现的不同而不同，可能是 NULL，也可能不是，但返回的指针不应该再次被引用。
注意：函数的返回值类型是 void *，void 并不是说没有返回值或者返回空指针，而是返回的指针类型未知。所以在使用 malloc() 时通常需要进行强制类型转换，将 void 指针转换成我们希望的类型，例如：
#includestdlib.h
typedef int ListData;
ListData *data; //存储空间基址
data = ( ListData * ) malloc( 100 * sizeof ( ListData ) );
扩展资料
实现malloc的方法：
(1)数据结构
首先我们要确定所采用的数据结构。一个简单可行方案是将堆内存空间以块的形式组织起来，每个块由meta区和数据区组成，meta区记录数据块的元信息（数据区大小、空闲标志位、指针等等）。
数据区是真实分配的内存区域，并且数据区的第一个字节地址即为malloc返回的地址 。
（2）寻找合适的block
现在考虑如何在block链中查找合适的block。一般来说有两种查找算法：
First fit:从头开始，使用第一个数据区大小大于要求size的块所谓此次分配的块
Best fit:从头开始，遍历所有块，使用数据区大小大于size且差值最小的块作为此次分配的块
两种方式各有千秋，best fit有较高的内存使用率（payload较高），而first fit具有较高的运行效率。这里我们采用first fit算法。
（3）开辟新的block
如果现有block都不能满足size的要求，则需要在链表最后开辟一个新的block。
（4）分裂block
First fit有一个比较致命的缺点，就是可能会让更小的size占据很大的一块block，此时，为了提高payload,应该在剩余数据区足够大的情况下，将其分裂为一个新的block。
（5）malloc的实现
有了上面的代码，我们就可以实现一个简单的malloc.注意首先我们要定义个block链表的头first_block,初始化为NULL；另外，我们需要剩余空间至少有BLOCK_SIZE+8才执行分裂操作
由于我们需要malloc分配的数据区是按8字节对齐，所以size不为8的倍数时，我们需要将size调整为大于size的最小的8的倍数。
Windows下的 malloc 原理就是调用 windows API 的各种内存管理函数申请内存并记录内存状态以便将来释放。
DOS下的 malloc 原理就是调用申请内存的中断申请内存并记录内存状态以便将来释放。
UNIX 和 Linux 都有内存管理的系统调用，malloc 相当于给这些系统调用穿了一件
malloc（）工作机制
malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。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（一块的大小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。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）返回到连接表上。调用free函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后，空闲链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以满足用户要求的片段了。于是，malloc函数请求延时，并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段，对它们进行整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。
malloc（）在操作系统中的实现
在 C 程序中，多次使用malloc () 和 free()。不过，您可能没有用一些时间去思考它们在您的操作系统中是如何实现的。本节将向您展示 malloc 和 free 的一个最简化实现的代码，来帮助说明管理内存时都涉及到了哪些事情。
在大部分操作系统中，内存分配由以下两个简单的函数来处理：
void *malloc (long numbytes)：该函数负责分配 numbytes 大小的内存，并返回指向第一个字节的指针。
void free(void *firstbyte)：如果给定一个由先前的 malloc 返回的指针，那么该函数会将分配的空间归还给进程的“空闲空间”。
malloc_init 将是初始化内存分配程序的函数。它要完成以下三件事：将分配程序标识为已经初始化，找到系统中最后一个有效内存地址，然后建立起指向我们管理的内存的指针。这三个变量都是全局变量：
//清单 1. 我们的简单分配程序的全局变量
int has_initialized = 0;
void *managed_memory_start;
void *last_valid_address;
如前所述，被映射的内存的边界（最后一个有效地址）常被称为系统中断点或者 当前中断点。在很多 UNIX? 系统中，为了指出当前系统中断点，必须使用 sbrk(0) 函数。 sbrk 根据参数中给出的字节数移动当前系统中断点，然后返回新的系统中断点。使用参数 0 只是返回当前中断点。这里是我们的 malloc 初始化代码，它将找到当前中断点并初始化我们的变量：
清单 2. 分配程序初始化函数
#include
void malloc_init()
{
last_valid_address = sbrk(0);
managed_memory_start = last_valid_address;
has_initialized = 1;
}
现在，为了完全地管理内存，我们需要能够追踪要分配和回收哪些内存。在对内存块进行了 free 调用之后，我们需要做的是诸如将它们标记为未被使用的等事情，并且，在调用 malloc 时，我们要能够定位未被使用的内存块。因此， malloc 返回的每块内存的起始处首先要有这个结构：
//清单 3. 内存控制块结构定义
struct mem_control_block {
int is_available;
int size;
};
现在，您可能会认为当程序调用 malloc 时这会引发问题 —— 它们如何知道这个结构？答案是它们不必知道；在返回指针之前，我们会将其移动到这个结构之后，把它隐藏起来。这使得返回的指针指向没有用于任何其他用途的内存。那样，从调用程序的角度来看，它们所得到的全部是空闲的、开放的内存。然后，当通过 free() 将该指针传递回来时，我们只需要倒退几个内存字节就可以再次找到这个结构。
在讨论分配内存之前，我们将先讨论释放，因为它更简单。为了释放内存，我们必须要做的惟一一件事情就是，获得我们给出的指针，回退 sizeof(struct mem_control_block) 个字节，并将其标记为可用的。这里是对应的代码：
清单 4. 解除分配函数
void free(void *firstbyte) {
struct mem_control_block *mcb;
mcb = firstbyte - sizeof(struct mem_control_block);
mcb-is_available = 1;
return;
}
如您所见，在这个分配程序中，内存的释放使用了一个非常简单的机制，在固定时间内完成内存释放。分配内存稍微困难一些。我们主要使用连接的指针遍历内存来寻找开放的内存块。这里是代码：
//清单 6. 主分配程序
void *malloc(long numbytes) {
void *current_location;
struct mem_control_block *current_location_mcb;
void *memory_location;
if(! has_initialized) {
malloc_init();
}
numbytes = numbytes + sizeof(struct mem_control_block);
memory_location = 0;
current_location = managed_memory_start;
while(current_location != last_valid_address)
{
current_location_mcb =
(struct mem_control_block *)current_location;
if(current_location_mcb-is_available)
{
if(current_location_mcb-size = numbytes)
{
current_location_mcb-is_available = 0;
memory_location = current_location;
break;
}
}
current_location = current_location +
current_location_mcb-size;
}
if(! memory_location)
{
sbrk(numbytes);
memory_location = last_valid_address;
last_valid_address = last_valid_address + numbytes;
current_location_mcb = memory_location;
current_location_mcb-is_available = 0;
current_location_mcb-size = numbytes;
}
memory_location = memory_location + sizeof(struct mem_control_block);
return memory_location;
}
这就是我们的内存管理器。现在，我们只需要构建它，并在程序中使用它即可.多次调用malloc（）后空闲内存被切成很多的小内存片段，这就使得用户在申请内存使用时，由于找不到足够大的内存空间，malloc（）需要进行内存整理，使得函数的性能越来越低。聪明的程序员通过总是分配大小为2的幂的内存块，而最大限度地降低潜在的malloc性能丧失。也就是说，所分配的内存块大小为4字节、8字节、16字节、 18446744073709551616字节，等等。这样做最大限度地减少了进入空闲链的怪异片段（各种尺寸的小片段都有）的数量。尽管看起来这好像浪费了空间，但也容易看出浪费的空间永远不会超过50%。
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