我对 C 上的 malloc() 和 calloc() 感到非常困惑

Question

我一直用 Java 编程，这可能就是我对此如此困惑的原因：

在 Java 中我声明一个指针：

int[] array

并初始化它或为其分配一些内存：

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

现在，在 C 中，这一切都如此令人困惑。起初我认为这就像声明它一样简单：

int array[]

初始化它或为其分配一些内存：

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

除非我错了，否则以上所有内容都是等效的 Java-C，对吧？

然后，今天我遇到了一段代码，其中我发现了以下内容：

pthread_t tid[MAX_OPS];

以及下面的一些行，没有任何类型的初始化...

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

令人惊讶的是（至少对我来说），该代码有效！至少在 Java 中，这会返回一个漂亮的“NullPointerException”！

那么，按顺序：

1. 我对所有 Java-C“翻译”的理解是否正确？

2. 为什么该代码可以工作？

3. ？

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 返回为程序保留的内存块的地址。您不能将其（作为内存块）“分配”给数组，但您可以将该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“像数组一样使用指针” ，例如，

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

当您声明一个没有大小的数组（即array[]）时，它仅意味着数组的大小由初始值设定项列表确定。也就是说，

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

尝试声明一个没有大小且没有初始值设定项的数组是错误的。

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代码 pthread_t tid[MAX_OPS]; 声明一个名为 tid 的数组，其类型为 pthread_t，大小为 MAX_OPS。

如果数组具有自动存储（即声明位于函数内部并且不是静态的，不是全局的），则每个数组元素都具有不确定的值（并且会导致尝试读取此类值的未定义行为）。幸运的是，函数调用所做的只是将数组第一个元素的地址作为第一个参数，并可能在函数内初始化它（元素）。

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

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];

在于array具有自动存储功能（存储在堆栈上），并且在超出范围后“释放”。然而，ptr（存储在堆上）是动态分配的，并且必须由程序员释放。

Answer 2

您缺少三个非常基本且严格（并且具有误导性！）的 C 主题：

• 数组和指针之间的区别、
• 静态分配和动态分配之间的区别、
• 在堆栈或堆上声明变量的区别

如果您编写 int array[ ] = malloc(3*sizeof(int)); 你会得到一个编译错误（类似于'identifier'：数组初始化需要大括号）。

这意味着声明数组仅允许静态初始化：

• int array[] = {1,2,3};，在堆栈上保留 3 个连续的整数；
• int array[3] = {1,2,3}; 与上一个相同；
• int array[3]; 仍然在堆栈上保留 3 个连续的整数，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，其余元素将设置为 0 (C99 §6.7.8/19)：在这种情况下，您将得到 1,2,3,0

注意在所有这些情况下，您都没有分配新内存，而只是使用已经提交到堆栈的内存。仅当堆栈已满时，您才会遇到问题（猜猜，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。

当您编写 int* array = malloc(3*sizeof(int)); 时，您实际上执行了三个操作：

1. int* array 告诉编译器在stack（包含内存地址的整数变量）
2. malloc(3*sizeof(int)) 在堆上分配 3 个连续的整数并返回第一个整数的地址
3. =将返回值（您分配的第一个整数的地址）的副本分配给指针变量

因此，回到您的问题：

pthread_t tid[MAX_OPS];

是堆栈上的数组，因此不需要分配它（如果 假设 MAX_OPS 是 16，那么堆栈上将保留适合 16 个 pthread_t 所需的连续字节数。该内存的内容将是垃圾（堆栈变量未初始化为零），但 pthread_create 会在其第一个参数（指向 pthread_t 变量的指针）中返回一个值，并且忽略任何以前的内容，因此代码很好。

Answer 3

C 提供静态内存分配和动态内存分配 - 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 Java 中的方式相同，您可以在堆栈上分配 int 或在堆上分配 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，尽管它们无法调整大小。

{} 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）并自动为您初始化，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) );

不要忘记释放内存：

free(tid);

3 - malloc 和 calloc 之间的区别是 calloc 为数组分配一块内存并将其所有位初始化为 0。

Answer 5

我发现当您用 C（而不是 C++）编程时，显式指示 *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重新表述为：

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

第一个清楚表明有一种称为数组的东西，它指向包含 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。但它没有分配一个名为 *tid 的指针。数组的基址有一个地址，但不能将其移动到其他地方。

ptherad_t 类型实际上是指针的掩护。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])（这是一个指针），并分配一块内存来保存 pthread 数据结构。将指针设置为指向新的数据结构，并分配该数据结构。

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