malloc·free 사용 패턴

# malloc·free 사용 패턴

## 스택과 힙의 차이

```
스택 (Stack):
  - 함수 호출 시 자동 할당·해제
  - 크기 제한 (MCU: 수 KB ~ 수십 KB)
  - 빠름

힙 (Heap):
  - malloc/free로 수동 관리
  - 더 큰 데이터 할당 가능
  - 단편화 위험
```

---

## 기본 패턴

```c
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

/* 단일 구조체 할당 */
typedef struct {
    int   id;
    float val;
} Record;

Record *create_record(int id, float val) {
    Record *r = (Record *)malloc(sizeof(Record));
    if (!r) return NULL;    /* 반드시 NULL 체크 */
    r->id  = id;
    r->val = val;
    return r;
}

void destroy_record(Record **r) {
    if (r && *r) {
        free(*r);
        *r = NULL;   /* 댕글링 포인터 방지 */
    }
}
```

`free` 후 포인터를 `NULL`로 세팅하는 것은 습관으로 만들어야 한다. 두 번 `free` 했을 때 크래시를 막아준다.

---

## 배열 동적 할당

```c
/* n개 원소 배열 */
int *arr = (int *)malloc(sizeof(int) * n);
if (!arr) return -1;

for (int i = 0; i < n; i++) arr[i] = i;

free(arr);
arr = NULL;
```

### calloc: 0으로 초기화

```c
/* malloc + memset(0)과 동일 */
int *arr = (int *)calloc(n, sizeof(int));
```

정수 배열 초기화에는 `calloc`이 편리하다.

### realloc: 크기 변경

```c
int *arr = (int *)malloc(sizeof(int) * 4);
/* ... */

/* 8개로 확장 */
int *tmp = (int *)realloc(arr, sizeof(int) * 8);
if (!tmp) {
    free(arr);   /* realloc 실패 시 원본 해제 */
    return -1;
}
arr = tmp;
```

`realloc`의 반환값을 바로 원본에 대입하면 실패 시 원본 포인터를 잃는다. 반드시 임시 변수로 받는다.

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## 메모리 누수 패턴

```c
/* 누수 1: 분기에서 free 누락 */
void bad_func(int cond) {
    char *buf = malloc(128);
    if (cond) return;   /* buf 누수! */
    free(buf);
}

/* 수정 */
void good_func(int cond) {
    char *buf = malloc(128);
    if (cond) { free(buf); return; }
    free(buf);
}

/* 누수 2: 재할당 전 free 누락 */
char *p = malloc(64);
p = malloc(128);   /* 이전 64바이트 누수 */

/* 수정 */
free(p);
p = malloc(128);
```

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## 임베디드에서의 malloc 사용 지침

| 상황 | 권장 |
|------|------|
| 초기화 시 1회 할당 | OK |
| 실행 중 반복 할당·해제 | 피할 것 (단편화) |
| RTOS 태스크 스택 | RTOS API 사용 |
| 고정 크기 오브젝트 | Static pool 사용 |

AUTOSAR 기반 프로젝트에서는 일반적으로 런타임 `malloc`을 금지하고 정적 할당만 허용한다.

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