malloc函數
void *malloc(int size);
說明：malloc 向系統申請分配指定size個字節的內存空間。返回類型是 void* 類型。void* 表示未確定類型的指針。C,C++規定，void* 類型可以強制轉換為任何其它類型的指針。
malloc 與free 是C++/C 語言的標准庫函數，new/delete 是C++的運算符。它們都可用於申請動態內存和釋放內存。對於非內部數據類型的對象而言，光用maloc/free 無法滿足動態對象的要求。對象在創建的同時要自動執行構造函數， 對象在消亡之前要自動執行析構函數。由於malloc/free 是庫函數而不是運算符，不在編譯器控制權限之內，不能夠把執行構造函數和析構函數的任務強加於malloc/free。因此C++語言需要一個能完成動態內存分配和初始化工作的運算符new，以及一個能完成清理與釋放內存工作的運算符delete。注意new/delete 不是庫函數。
malloc()是C語言中動態存儲管理的一組標准庫函數之一。其作用是在內存的動態存儲區中分配一個長度為size的連續空間。其參數是一個無符號整形數，返回值是一個指向所分配的連續存儲域的起始地址的指針.
malloc()工作機制
malloc函數的實質體現在，它有一個將可用的內存塊連接為一個長長的列表的所謂空閑鏈表。調用malloc函數時，它沿連接表尋找一個大到足以滿足用戶請求所需要的內存塊。然后，將該內存塊一分為二（一塊的大小與用戶請求的大小相等，另一塊的大小就是剩下的字節）。接下來，將分配給用戶的那塊內存傳給用戶，並將剩下的那塊（如果有的話）返回到連接表上。調用free函數時，它將用戶釋放的內存塊連接到空閑鏈上。到最后，空閑鏈會被切成很多的小內存片段，如果這時用戶申請一個大的內存片段，那么空閑鏈上可能沒有可以滿足用戶要求的片段了。於是，malloc函數請求延時，並開始在空閑鏈上翻箱倒櫃地檢查各內存片段，對它們進行整理，將相鄰的小空閑塊合並成較大的內存塊。
malloc()在操作系統中的實現
在 C 程序中，多次使用malloc () 和 free()。不過，您可能沒有用一些時間去思考它們在您的操作系統中是如何實現的。本節將向您展示 malloc 和 free 的一個最簡化實現的代碼，來幫助說明管理內存時都涉及到了哪些事情。
在大部分操作系統中，內存分配由以下兩個簡單的函數來處理：
void *malloc (long numbytes)：該函數負責分配 numbytes 大小的內存，並返回指向第一個字節的指針。 void free(void *firstbyte)：如果給定一個由先前的 malloc 返回的指針，那么該函數會將分配的空間歸還給進程的“空閑空間”。
malloc_init 將是初始化內存分配程序的函數。它要完成以下三件事：將分配程序標識為已經初始化，找到系統中最后一個有效內存地址，然后建立起指向我們管理的內存的指針。這三個變量都是全局變量：
//清單 1. 我們的簡單分配程序的全局變量 int has_initialized = 0; void *managed_memory_start; void *last_valid_address;
如前所述，被映射的內存的邊界（最后一個有效地址）常被稱為系統中斷點或者 當前中斷點。在很多 UNIX 系統中，為了指出當前系統中斷點，必須使用 sbrk(0) 函數。 sbrk 根據參數中給出的字節數移動當前系統中斷點，然后返回新的系統中斷點。使用參數 0 只是返回當前中斷點。這里是我們的 malloc 初始化代碼，它將找到當前中斷點並初始化我們的變量：
清單 2. 分配程序初始化函數 /* Include the sbrk function */ #include void malloc_init() { /* grab the last valid address from the OS */ last_valid_address = sbrk(0); /* we don''t have any memory to manage yet, so *just set the beginning to be last_valid_address */ managed_memory_start = last_valid_address; /* Okay, we''re initialized and ready to go */ has_initialized = 1; }
現在，為了完全地管理內存，我們需要能夠追蹤要分配和回收哪些內存。在對內存塊進行了 free 調用之后，我們需要做的是諸如將它們標記為未被使用的等事情，並且，在調用 malloc 時，我們要能夠定位未被使用的內存塊。因此， malloc 返回的每塊內存的起始處首先要有這個結構：
//清單 3. 內存控制塊結構定義 struct mem_control_block
{ int is_available; int size; };
現在，您可能會認為當程序調用 malloc 時這會引發問題 —— 它們如何知道這個結構？答案是它們不必知道；在返回指針之前，我們會將其移動到這個結構之后，把它隱藏起來。這使得返回的指針指向沒有用於任何其他用途的內存。那樣，從調用程序的角度來看，它們所得到的全部是空閑的、開放的內存。然后，當通過 free() 將該指針傳遞回來時，我們只需要倒退幾個內存字節就可以再次找到這個結構。
在討論分配內存之前，我們將先討論釋放，因為它更簡單。為了釋放內存，我們必須要做的惟一一件事情就是，獲得我們給出的指針，回退 sizeof(struct mem_control_block) 個字節，並將其標記為可用的。這里是對應的代碼：
//清單4. 解除分配函數 void free(void *firstbyte)
{
struct mem_control_block *mcb; /* Backup from the given pointer to find the * mem_control_block */ mcb = firstbyte - sizeof(struct mem_control_block); /* Mark the block as being available */ mcb->is_available = 1; /* That''s It! We''re done. */ return; }
如您所見，在這個分配程序中，內存的釋放使用了一個非常簡單的機制，在固定時間內完成內存釋放。分配內存稍微困難一些。我們主要使用連接的指針遍歷內存來尋找開放的內存塊。這里是代碼：
1 //清單 6. 主分配程序 2 void *malloc(long numbytes) { 3 /* Holds where we are looking in memory */ 4 void *current_location; 5 /* This is the same as current_location, but cast to a 6 * memory_control_block 7 */ 8 struct mem_control_block *current_location_mcb; 9 /* This is the memory location we will return. It will 10 * be set to 0 until we find something suitable 11 */ 12 void *memory_location; 13 /* Initialize if we haven''t already done so */ 14 if(! has_initialized) { 15 malloc_init(); 16 } 17 /* The memory we search for has to include the memory 18 * control block, but the users of malloc don''t need 19 * to know this, so we''ll just add it in for them. 20 */ 21 numbytes = numbytes + sizeof(struct mem_control_block); 22 /* Set memory_location to 0 until we find a suitable 23 * location 24 */ 25 memory_location = 0; 26 /* Begin searching at the start of managed memory */ 27 current_location = managed_memory_start; 28 /* Keep going until we have searched all allocated space */ 29 while(current_location != last_valid_address) 30 { 31 /* current_location and current_location_mcb point 32 * to the same address. However, current_location_mcb 33 * is of the correct type, so we can use it as a struct. 34 * current_location is a void pointer so we can use it 35 * to calculate addresses. 36 */ 37 current_location_mcb = 38 (struct mem_control_block *)current_location; 39 if(current_location_mcb->is_available) 40 { 41 if(current_location_mcb->size >= numbytes) 42 { 43 /* Woohoo! We''ve found an open, 44 * appropriately-size location. 45 */ 46 /* It is no longer available */ 47 current_location_mcb->is_available = 0; 48 /* We own it */ 49 memory_location = current_location; 50 /* Leave the loop */ 51 break; 52 } 53 } 54 /* If we made it here, it''s because the Current memory 55 * block not suitable; move to the next one 56 */ 57 current_location = current_location + 58 current_location_mcb->size; 59 } 60 /* If we still don''t have a valid location, we''ll 61 * have to ask the operating system for more memory 62 */ 63 if(! memory_location) 64 { 65 /* Move the program break numbytes further */ 66 sbrk(numbytes); 67 /* The new memory will be where the last valid 68 * address left off 69 */ 70 memory_location = last_valid_address; 71 /* We''ll move the last valid address forward 72 * numbytes 73 */ 74 last_valid_address = last_valid_address + numbytes; 75 /* We need to initialize the mem_control_block */ 76 current_location_mcb = memory_location; 77 current_location_mcb->is_available = 0; 78 current_location_mcb->size = numbytes; 79 } 80 /* Now, no matter what (well, except for error conditions), 81 * memory_location has the address of the memory, including 82 * the mem_control_block 83 */ 84 /* Move the pointer past the mem_control_block */ 85 memory_location = memory_location + sizeof(struct mem_control_block); 86 /* Return the pointer */ 87 return memory_location; 88 }
這就是我們的內存管理器。現在，我們只需要構建它，並在程序中使用它即可.多次調用malloc（）后空閑內存被切成很多的小內存片段，這就使得用戶在申請內存使用時，由於找不到足夠大的內存空間，malloc()需要進行內存整理，使得函數的性能越來越低。聰明的程序員通過總是分配大小為2的冪的內存塊，而最大限度地降低潛在的malloc性能喪失。也就是說，所分配的內存塊大小為4字節、8字節、16字節、18446744073709551616字節，等等。這樣做最大限度地減少了進入空閑鏈的怪異片段（各種尺寸的小片段都有）的數量。盡管看起來這好像浪費了空間，但也容易看出浪費的空間永遠不會超過50%。