NAME

malloc, free, calloc, realloc, reallocarray - 동적 메모리 할당하고 해제하기

SYNOPSIS

#include <stdlib.h>

void *malloc(size_t size);
void free(void *ptr);
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);
void *realloc(void *ptr, size_t size);
void *reallocarray(void *ptr, size_t nmemb, size_t size);

glibc 기능 확인 매크로 요건 (feature_test_macros(7) 참고):

reallocarray():

glibc 2.29부터:

_DEFAULT_SOURCE

glibc 2.28 및 이전:

_GNU_SOURCE

DESCRIPTION

malloc() 함수는 size 바이트를 할당하여 할당한 메모리에 대한 포인터를 반환한다. 그 메모리는 초기화 되어 있지 않다. size가 0이면 malloc()은 NULL을 반환하거나, 이후 free()에 무사히 전달할 수 있는 고유한 포인터 값을 반환한다.

free() 함수는 ptr이 가리키는 메모리 공간을 해제하는데 ptr은 이전의 malloc(), calloc(), realloc() 호출이 반환한 것이어야 한다. 그렇지 않으면, 또는 이미 free(ptr)을 호출했으면 규정되어 있지 않은 동작이 일어난다. ptr이 NULL이면 어떤 동작도 수행하지 않는다.

calloc() 함수는 각 size 바이트인 원소 nmemb 개의 배열을 위한 배열을 할당하여 할당한 메모리에 대한 포인터를 반환한다. 그 메모리는 0으로 채워져 있다. nmemb나 size가 0이면 calloc()은 NULL을 반환하거나, 이후 free()에 무사히 전달할 수 있는 고유한 포인터 값을 반환한다. nmemb와 size의 곱이 정수 오버플로를 일으킬 경우 calloc()은 오류를 반환한다. 반면 다음 malloc() 호출은 정수 오버플로를 탐지하지 않으며, 그래서 잘못된 크기의 블록이 할당되는 결과를 낳을 수 있다.

malloc(nmemb * size);

realloc() 함수는 ptr이 가리키는 메모리 블록의 크기를 size 바이트로 바꾼다. 시작점부터 이전 크기와 새 크기 중 작은 값까지의 범위에서는 내용물이 바뀌지 않는다. 새 크기가 이전 크기보다 큰 경우 추가되는 메모리가 초기화 되지 않는다. ptr이 NULL이면 그 호출은 모든 size 값에 대해 malloc(size)와 동등하다. size가 0이고 ptr이 NULL이 아니면 그 호출은 free(ptr)과 동등하다. (이 동작은 이식성이 없다. NOTES 참고.) ptr이 NULL이 아니라면 그 값은 이전의 malloc(), calloc(), realloc() 호출이 반환한 것이어야 한다. 가리키는 영역이 옮겨지는 경우 free(ptr)를 한다.

reallocarray() 함수는 ptr이 가리키는 메모리 블록의 크기를 각 size 바이트인 원소 nmemb 개의 배열에 충분하도록 바꾼다. 다음 호출과 동등하다.

realloc(ptr, nmemb * size);

하지만 realloc() 호출과 달리 reallocarray()는 곱셈이 넘치게 될 경우에 안전하게 실패한다. 그런 오버플로가 일어나는 경우 reallocarray()는 NULL을 반환하고 errno를 ENOMEM으로 설정하며, 원래 메모리 블록을 그대로 남겨둔다.

RETURN VALUE

malloc() 및 calloc() 함수는 할당한 메모리에 대한 포인터를 반환한다. 그 메모리는 어떤 내장 타입에도 적합하도록 정렬되어 있다. 오류 시 이 함수들은 NULL을 반환한다. size가 0인 malloc() 성공 호출이, 또는 nmemb나 size가 0인 calloc() 성공 호출이 NULL을 반환할 수도 있다.

free() 함수는 아무 값도 반환하지 않는다.

realloc() 함수는 새로 할당한 메모리에 대한 포인터를 반환하는데, 어떤 내장 타입에도 적합하도록 정렬되어 있다. 요청이 실패한 경우 NULL을 반환한다. 할당이 이동하지 않았다면 (가령 할당을 제자리에서 확장할 공간이 있었다면) 반환되는 포인터가 ptr과 같을 수도 있고, 할당이 다른 주소로 이동했다면 ptr과 다를 수도 있다. size가 0이면 NULL이나 free()에 전달하기 적합한 포인터를 반환한다. realloc()이 실패한 경우 원래 블록은 바뀌지 않고 그대로이다. 즉, 해제되거나 이동하지 않는다.

성공 시 reallocarray() 함수는 새로 할당한 메모리에 대한 포인터를 반환한다. 실패 시 NULL을 반환하며 원래 메모리 블록은 바뀌지 않는다.

ERRORS

calloc(), malloc(), realloc(), reallocarray()가 다음 오류로 실패할 수 있다.

ENOMEM

메모리 부족. 아마 응용이 getrlimit(2)에 기술된 RLIMIT_AS나 RLIMIT_DATA 제한에 걸렸을 것이다.

VERSIONS

glibc 버전 2.26에서 reallocarray()가 처음 등장했다.

ATTRIBUTES

이 절에서 사용하는 용어들에 대한 설명은 attributes(7)를 보라.

인터페이스	속성	값
malloc(), free(), calloc(), realloc()	스레드 안전성	MT-Safe

CONFORMING TO

malloc(), free(), calloc(), realloc(): POSIX.1-2001, POSIX.1-2008, C89, C99.

reallocarray()는 비표준 확장이며 OpenBSD 5.6과 FreeBSD 11.0에서 처음 등장했다.

NOTES

기본적으로 리눅스는 낙천적 메모리 할당 전략을 따른다. 이는 malloc()이 NULL 아닌 결과를 반환할 때 그 메모리가 정말 사용 가능하다는 보장이 없다는 뜻이다. 시스템에 메모리가 부족하다고 판명되는 경우 OOM 킬러에 의해 한 개 이상의 프로세스가 죽게 된다. 더 많은 정보는 proc(5)의 /proc/sys/vm/overcommit_memory 및 /proc/sys/vm/oom_adj 설명과 리눅스 커널 소스 파일의 Documentation/vm/overcommit-accounting.rst를 보라.

보통은 malloc()이 힙에서 메모리를 할당하며 sbrk(2)를 이용해 필요한 만큼 힙의 크기를 조정한다. MMAP_THRESHOLD보다 큰 메모리 블록을 할당할 때 glibc의 malloc() 구현은 mmap(2)을 이용해 비공유 익명 매핑으로 메모리를 할당한다. MMAP_THRESHOLD는 기본적으로 128kB이고 mallopt(3)로 조정 가능하다. 리눅스 4.7 전에서는 mmap(2)으로 수행하는 할당이 RLIMIT_DATA 자원 제한의 영향을 받지 않았다. 리눅스 4.7부터는 mmap(2)으로 수행하는 할당에도 이 제한이 적용된다.

다중 스레드 응용에서의 오염을 막기 위해 내부적으로 뮤텍스를 사용해서 이 함수들이 이용하는 메모리 관리 자료 구조들을 보호한다. 여러 스레드가 동시에 메모리를 할당 및 해제하는 다중 스레드 응용에서는 이 뮤텍스들에 대한 경쟁이 있을 수 있을 것이다. 다중 스레드 응용에서의 메모리 할당을 확장성 있게 처리하기 위해 glibc에서는 뮤텍스 경쟁을 탐지하는 경우 메모리 할당 아레나(arena)를 추가로 만든다. 각 아레나는 시스템이 내부적으로 (brk(2)나 mmap(2)으로) 할당해서 별도의 뮤텍스로 관리하는 커다란 메모리 영역이다.

SUSv2에서는 malloc(), calloc(), realloc()이 실패 시에 errno를 ENOMEM으로 설정하기를 요구한다. glibc에서는 이를 가정한다. (그리고 이 루틴들의 glibc 버전은 그렇게 동작한다.) errno를 설정하지 않는 자체 malloc 구현을 사용하는 경우에 특정 라이브러리 루틴들이 실패하면서 errno에 이유를 주지 않을 수도 있다.

malloc(), calloc(), realloc(), free() 안에서 죽는 것은 거의 언제나 할당 영역을 넘겨 접근하거나 같은 포인터를 두 번 해제하는 것 같은 힙 오염과 관련돼 있다.

환경 변수를 통해 malloc() 구현을 튜닝 할 수 있다. 자세한 내용은 mallopt(3)를 보라.

이식성 없는 동작

size가 0과 같고 ptr이 NULL이 아닐 때 realloc()의 동작 방식은 glibc 한정이다. 다른 구현체에서는 NULL을 반환하고 errno를 설정할 수 있다. 이식 가능한 POSIX 프로그램에서는 이를 피해야 한다. realloc(3p) 참고.

SEE ALSO

valgrind(1), brk(2), mmap(2), alloca(3), malloc_get_state(3), malloc_info(3), malloc_trim(3), malloc_usable_size(3), mallopt(3), mcheck(3), mtrace(3), posix_memalign(3)

GNU C 라이브러리 구현에 대한 자세한 내용은 https://sourceware.org/glibc/wiki/MallocInternals 참고.

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2021-03-22