如何通过 API 进行内存分配？

分配内存API详解

一、

内存管理是计算机编程中至关重要的一部分，它涉及到如何在程序运行时动态地分配和释放内存资源，在C/C++等编程语言中，提供了多种API来满足不同的内存分配需求，这些API各有特点，适用于不同的场景，本文将详细介绍几种常见的内存分配API，包括alloc_pages、kmalloc、slab分配、vmalloc、malloc以及Windows平台下的内存分配函数。

二、常见内存分配API

alloc_pages

（1）定义与用途

alloc_pages主要用于从伙伴系统（buddy system）中分配内存，以页为单位进行区域分配，通常用于需要大块连续内存的场景。

（2）参数

gfp_flag：指定分配标志，用于确定分配策略。

（3）返回值

成功时返回指向已分配物理页面的结构体struct page的指针。

失败时返回NULL。

（4）示例

struct page *page = alloc_pages(GFP_KERNEL, 1);
if (page) {
    // 使用page
    free_pages(page, 1); // 释放内存
}

kmalloc

（1）定义与用途

kmalloc是从内核空间分配内存的常用函数，适用于小块内存的分配。

（2）参数

size：要分配的内存大小（字节为单位）。

flags（可选）：分配标志，如GFP_KERNEL表示内核路径。

（3）返回值

成功时返回指向已分配内存的指针。

失败时返回NULL。

（4）示例

void *ptr = kmalloc(100, GFP_KERNEL);
if (ptr) {
    // 使用ptr
    kfree(ptr); // 释放内存
}

slab分配

（1）定义与用途

slab是一种高效的内存分配机制，特别适用于频繁分配和释放相同大小的小块内存，它通过预先分配一个大块内存池，然后从中切割出所需的小块内存，从而减少了内存碎片和分配开销。

（2）特点

高效：通过预分配和缓存机制，提高了内存分配的效率。

减少碎片：避免了频繁的小块内存分配导致的内存碎片问题。

（3）使用场景

适用于需要频繁分配和释放相同大小小块内存的场景，如文件系统、网络缓冲区等。

vmalloc

（1）定义与用途

vmalloc用于在虚拟地址空间中分配大块连续的内存区域，适用于需要大块内存且不要求物理连续性的场景。

（2）参数

size：要分配的内存大小（字节为单位）。

flags（可选）：分配标志，如GFP_KERNEL表示内核路径。

（3）返回值

成功时返回指向已分配虚拟内存的指针。

失败时返回NULL。

（4）示例

void *vaddr = vmalloc(4096, GFP_KERNEL);
if (vaddr) {
    // 使用vaddr
    vfree(vaddr); // 释放内存
}

malloc

（1）定义与用途

malloc是C标准库中的动态内存分配函数，广泛用于在堆上分配内存，它是标准C库的一部分，因此具有很好的可移植性。

（2）参数

size：要分配的内存大小（字节为单位）。

（3）返回值

成功时返回指向已分配内存的指针。

失败时返回NULL。

（4）示例

#include <stdlib.h>
int main() {
    int *ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (ptr) {
        // 使用ptr
        free(ptr); // 释放内存
    }
    return 0;
}

new（C++）

（1）定义与用途

new是C++中的运算符，用于在堆上分配动态内存并调用构造函数初始化对象，它是C++语言的一部分，提供了更高级的对象生命周期管理机制。

（2）参数

类型说明：要分配的对象类型。

可选的初始化列表：用于初始化对象。

（3）返回值

成功时返回指向已分配并初始化的对象的指针。

失败时抛出std::bad_alloc异常。

（4）示例

#include <iostream>
class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructor called" << std::endl; }
    ~MyClass() { std::cout << "Destructor called" << std::endl; }
};
int main() {
    MyClass *obj = new MyClass();
    delete obj; // 释放内存并调用析构函数
    return 0;
}

realloc（C标准库）

（1）定义与用途

realloc用于重新分配先前由malloc、calloc或realloc返回的内存块的大小，它允许程序员在运行时根据需要调整内存块的大小。

（2）参数

ptr：指向先前分配的内存块的指针，如果为NULL，则行为类似于malloc。

size：新的内存块大小（字节为单位）。

（3）返回值

成功时返回指向重新分配的内存块的指针（可能与原指针不同）。

失败时返回NULL，原内存块保持不变。

（4）示例

#include <stdlib.h>
int main() {
    int *ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
    if (ptr) {
        // 重新分配内存块大小为10个整数
        ptr = (int*)realloc(ptr, 10 * sizeof(int));
        if (ptr) {
            // 使用ptr
            free(ptr); // 释放内存
        } else {
            // 处理realloc失败的情况
            free(ptr); // 释放原始内存块
        }
    }
    return 0;
}

calloc（C标准库）

（1）定义与用途

calloc用于在堆上分配内存，并将分配的内存空间初始化为零，它特别适用于需要分配并清零初始化的内存块。

（2）参数

num：要分配的元素个数。

size：每个元素的大小（字节为单位）。

（3）返回值

成功时返回指向已分配并初始化为零的内存块的指针。

失败时返回NULL。

（4）示例

#include <stdlib.h>
int main() {
    int *ptr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    if (ptr) {
        // 使用ptr（所有元素均已初始化为0）
        free(ptr); // 释放内存
    }
    return 0;

三、Windows平台内存分配函数

除了上述跨平台的内存分配函数外，Windows操作系统还提供了一些特定的内存分配函数，如GlobalAlloc、HeapAlloc和VirtualAlloc等，这些函数通常用于需要精确控制内存分配和管理的应用程序中，如驱动程序开发、系统编程等，由于篇幅限制，本文不再对这些函数进行详细展开，但值得注意的是，这些函数在使用时应遵循Windows编程规范，并注意处理可能的错误情况，在使用GlobalAlloc后应检查返回值是否为NULL，并在不再需要内存时使用GlobalFree进行释放；在使用HeapAlloc时需要指定堆句柄等，对于涉及虚拟内存管理的函数如VirtualAlloc，还应特别注意其对系统性能和稳定性的影响，在使用这些函数时应谨慎操作并充分测试以确保程序的稳定性和安全性，无论是使用哪种内存分配函数都需要程序员具备良好的编程习惯和扎实的基础知识以确保程序的正确性和稳定性。

以上内容就是解答有关“分配内存 api”的详细内容了，我相信这篇文章可以为您解决一些疑惑，有任何问题欢迎留言反馈，谢谢阅读。