【C】memory 详解

<memory.h> 是一个 C 标准库头文件，提供了一组内存管理函数，用于分配、释放和操作动态内存。这些函数主要操作的是未初始化的内存块，是早期 C 编程中常用的内存操作工具。

尽管在现代 C++ 编程中更推荐使用<cstring>或<memory>，但<memory.h>在兼容性和某些低级场景下仍然可能被使用。

以下是对<memory.h>中核心内容的详解：

核心功能与函数

1. memory

void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t n);

• 功能： 将n字节的数据从源地址src复制到目标地址dest。
• 注意事项：
  • 源地址和目标地址不能重叠，如果存在重叠，行为未定义。
  • 通常用于快速内存复制。
• 示例：

char src[] = "hello";
char dest[10];
memcpy(dest, src, sizeof(src));

2. memmove

void* memmove(void* dest, const void* src, size_t n);

• 功能： 将n字节的数据从源地址src移动到目标地址dest。
• 区别于memcpy： 允许源地址和目标地址重叠。
• 示例：

char buffer[] = "abcdef";
memmove(buffer+2, buffer, 4);	// 缓冲区重叠

3. memset

void* memset(void* ptr, int value, size_t n);

• 功能： 将内存块ptr的前n字节设置为指定的值value（按字节操作）。
• 常用场景： 清零或初始化内存块。
• 示例：

char buffer[10];
memset(buffer, 0, sizeof(buffer));	// 将整个缓冲区清零

4. memcmp

int memcmp(const void* ptr1, const void* ptr2, size_t n);

• 功能： 比较两块内存的前n字节。
• 返回值：
  • 0：两块内存相等。
  • < 0：ptr1 小于 ptr2。
  • > 0：ptr1 大于 ptr2。
• 示例：

char a[] = "abc";
char b[] = "abc";
if(memcmp(a, b, 3) == 0) {
	printf("Equal\n");
}

5. malloc

void* malloc(size_t size);

• 功能： 分配size字节的动态内存，返回指向该内存块的指针。
• 注意： 返回的内存未初始化，可能包含垃圾值。
• 示例：

int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); 

6. calloc

void* calloc(size_t num, size_t size);

• 功能： 分配可以存储num个元素的动态内存，并初始化为零。
• 区别于 malloc： 自动清零。
• 示例：

int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int)); 	// 分配10个int，初始化为0

7. realloc

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

• 功能： 调整已分配内存的大小。
• 注意：
  • 如果 ptr 为 NULL，行为类似于 malloc。
  • 如果 new_size 为0，行为类似于 free。
  • 可能返回新地址（原地址不一定保留）。
• 示例：

int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
arr = (int*)realloc(arr, 20 * sizeof(int)); // 扩展到 20 个int

8. free

void free(void *ptr);

• 功能： 释放由 malloc、calloc 或 realloc 分配的动态内存。
• 注意：
  • 如果传递 NULL，free 不会产生任何操作。
  • 释放后，指针应置为 NULL，以避免悬空指针问题。
• 示例：

int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
free(arr);
arr = NULL;	// 避免悬空指针

内存管理注意事项

1. 内存泄漏：
   • 动态分配的内存必须由程序员显式释放。
   • 释放后不要再使用该内存块（避免“悬空指针”）
2. 指针安全：
   • 初始化指针为NULL，并在释放后将指针设置为 NULL。
3. 越界访问：
   • 确保访问的内存块不超过已分配大小。
4. 性能考虑：
   • 动态内存分配有一定开销，频繁分配和释放可能影响性能。

<memory.h> 和 <string.h> 的区别

• <memory.h> 是 C 语言标准的传统头文件，主要定义了内存管理和操作相关函数。
• <string.h> 是 C 标准中更常用的头文件，包含了一些字符串处理相关的函数，例如strcpy、strcat 等。
• 在现代C++中，推荐使用<cstring>来替代<memory.h>。

<memory.h> 的现代替代
在 C++ 中，更推荐使用标准模板库（STL）和智能指针（std::unique_ptr，std::shared_ptr）进行内存管理，从而减少手动操作动态内存的风险。
示例：

#include <memory>
#include <iostream>

int main() {
	auto ptr = std::make_unique<int[]>(10);  // 自动管理内存
	for(int i=0; i<10; ++i) {
		ptr[i] = i * i;
		std::cout << ptr[i] << " ";
	}
	return 0;
}

总结
<memory.h> 提供了低级别的内存操作工具，适合在对性能和资源管理有较高要求的场景中使用。但在现代 C++ 编程中，更推荐使用高层抽象工具，如STL容器和智能指针，来提高代码的可读性和安全性。