我对 C 上的 malloc() 和 calloc() 感到非常困惑

Question

我一直用 Java 编程，这可能是我对此感到如此困惑的原因：

在 Java 中我声明了一个指针：

int[] array

并对其进行初始化或分配一些内存：

int[] array = {0,1,0}
int[] array = new int[3]

现在，在 C 中，一切都变得如此混乱。一开始我以为就这么简单：

int array[]

并对其进行初始化或分配一些内存：

int array[] = {0,1,0}
int array[] = malloc(3*sizeof(int))
int array[] = calloc(3,sizeof(int))

除非我错了，以上都是等价的Java-C，对吧？

然后，今天我遇到了一个代码，其中我发现了以下内容：

pthread_t tid[MAX_OPS];

以及下面的一些行，没有任何初始化......

pthread_create(&tid[0],NULL,mou_usuari,(void *) 0);

令人惊讶的是（至少对我而言），代码有效！至少在 Java 中，这会返回一个不错的“NullPointerException”！

所以，按顺序：

1. 我对所有 Java-C“翻译”都正确吗？

2. 为什么该代码有效？

3. 使用malloc(n*sizeof(int))和calloc(n,sizeof(int))有什么区别吗？

提前致谢

Answer 1

您不能将内存分配给数组。数组在其整个生命周期内具有固定的大小。数组永远不能为空。数组不是指针。

malloc 将地址返回到为程序保留的内存块。您不能将其（作为内存块）“分配”给数组，但您可以将此内存块的地址存储在指针中：幸运的是，数组订阅是通过指针定义的 - 因此您可以“使用像数组一样的指针” ，例如

int *ptr = malloc(5 * sizeof *ptr);
ptr[2] = 5; // access the third element "of ptr"
free(ptr); // always free at the end

当你声明一个没有大小的数组时（即array[]），它仅仅意味着数组的大小是从初始化列表中确定的。那是

int array[] = {1, 2, 3, 4, 5}; // is equal to
int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

试图声明一个没有大小且没有初始化器的数组是错误的。

---

代码pthread_t tid[MAX_OPS]; 声明了一个名为tid 的数组，类型为pthread_t，大小为MAX_OPS。

如果数组有自动存储（即声明是在函数内部，而不是静态的，不是全局的），那么每个数组元素都有不确定的值（它会导致试图读取这样的值的未定义行为）。幸运的是，函数调用所做的只是将数组的第一个元素的地址作为第一个参数，并可能在函数内部初始化它（元素）。

---

calloc和malloc的区别在于calloc返回的内存块被初始化为零。那就是；

int *ptr = calloc(5, sizeof *ptr);
// is somewhat equal to
int *ptr = malloc(5 * sizeof *ptr);
memset(ptr, 0, 5 * sizeof *ptr);

两者的区别

int *ptr = malloc(5 * sizeof *ptr);
// and
int array[5];

是array 具有自动存储功能，（存储在堆栈上），并且在超出范围后被“释放”。但是，ptr（存储在堆上）是动态分配的，程序员必须是freed。

Answer 2

您遗漏了三个非常基本且严格（且具有误导性！）的 C 主题：

• 数组和指针的区别
• 静态分配和动态分配的区别
• 与在堆栈或堆上声明变量的区别

如果你写int array[] = malloc(3*sizeof(int));，你会得到一个编译错误（类似于'identifier'：数组初始化需要花括号）。

这意味着声明一个数组只允许静态初始化：

• int array[] = {1,2,3}; 在堆栈上保留 3 个连续整数；
• int array[3] = {1,2,3}; 同上一个；
• int array[3]; 仍然在堆栈上保留 3 个连续整数，但不初始化它们（内容将是随机垃圾）
• int array[4] = {1,2,3}; 当初始化器列表未初始化所有元素时，其余元素设置为 0（C99 §6.7.8/19）：在这种情况下，您将获得 1,2,3,0

请注意，在所有这些情况下，您并不是在分配新内存，您只是在使用已经提交给堆栈的内存。只有当堆栈已满时，您才会遇到问题（猜猜看，这将是 堆栈溢出）。因此，声明 int array[]; 是错误且毫无意义的。

要使用malloc，您必须声明一个指针：int* array。

当你写int* array = malloc(3*sizeof(int));你实际上是在做三个操作：

1. int* array 告诉编译器在堆栈上保留一个指针（一个包含内存地址的整数变量）
2. malloc(3*sizeof(int)) 在堆上分配 3 个连续整数并返回第一个的地址
3. = 将返回值（您分配的第一个整数的地址）的副本分配给您的指针变量

所以，回到你的问题：

pthread_t tid[MAX_OPS];

是堆栈上的一个数组，因此不需要分配它（如果MAX_OPS 是，比如说，16，那么堆栈上将保留适合 16 pthread_t 所需的连续字节数）。此内存的内容将是垃圾（堆栈变量未初始化为零），但pthread_create 在其第一个参数中返回一个值（指向pthread_t 变量的指针）并忽略任何先前的内容，因此代码只是很好。

Answer 3

C 提供静态内存分配以及动态 - 您可以在堆栈外或可执行内存（由编译器管理）中分配数组。这与在 Java 中的方式相同，您可以在堆栈上分配一个 int 或在堆上分配一个 Integer。 C 中的数组就像任何其他堆栈变量一样——它们超出范围等。在 C99 中它们也可以具有可变大小，尽管它们不能调整大小。

{} 和 malloc/calloc 之间的主要区别在于 {} 数组是静态分配的（不需要释放）并为您自动初始化，而 malloc/calloc 数组必须显式释放并且您必须显式初始化它们.但当然，malloc/calloc 数组不会超出范围，您可以（有时） realloc() 它们。

Answer 4

2 - 这个数组声明是静态的：

pthread_t tid[MAX_OPS];

我们不需要分配内存块，而是动态分配：

pthread_t *tid = (pthread_t *)malloc( MAX_OPS * sizeof(pthread_t) );

别忘了释放内存：

free(tid);

3 - malloc 和 calloc 的区别在于 calloc 为数组分配一块内存，并将其所有位初始化为 0。

Answer 5

我发现在使用 C（而不是 C++）编程时明确指示 *array 很有帮助，记住有一个可以移动的指针。因此，我想首先将您的示例改写为：

int array[] = {0,1,2};
int *array = malloc(3*sizeof(int));
int *array = calloc(3,sizeof(int));

第一个清楚地表明有一个叫做数组的东西指向一个包含 0、1 和 2 的内存块。数组不能移动到其他地方。

您的下一个代码： pthread_t tid[MAX_OPS];

实际上会导致分配 sizeof(pthread_t) * MAX_OPS 的数组。但是它没有分配一个叫做 *tid 的指针。数组的基地址是有的，但是不能移到别处。

ptherad_t 类型实际上是一个指针的覆盖。所以上面的tid实际上是一个指针数组。而且它们都是静态分配的，但没有初始化。

pthread_create 获取数组开头的位置 (&tid[0])，它是一个指针，并分配一块内存来保存 pthread 数据结构。设置指针指向新的数据结构，并分配数据结构。

您的最后一个问题 --- malloc(n*sizeof(int)) 和 calloc(n,sizeof(int)) 之间的区别在于后者将每个字节初始化为 0，而第一个则没有。