C內(nèi)存分配區(qū)域
程序代碼區(qū)
存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼
全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)
全局變量和靜態(tài)變量的存儲(chǔ)是放在一起的。初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。常量數(shù)據(jù)存放在另一個(gè)區(qū)域里。這些數(shù)據(jù)在程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。我們所說(shuō)的BSS段（bss segment）通常是指用來(lái)存放程序中未初始化的全局變量的一塊內(nèi)存區(qū)域。BSS是英文Block Started by Symbol的簡(jiǎn)稱(chēng)
棧區(qū)
由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類(lèi)似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧
堆區(qū)
一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收
命令行參數(shù)區(qū)
存放命令行參數(shù)和環(huán)境變量的值
示例
#include <stdio.h> int a = 0; // 靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)（初始化區(qū)域） char *p1; // 靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)（未初始化區(qū)域） void example() { int b; // 棧區(qū) char s[] = "abc"; // 棧區(qū) char *p2; //棧區(qū) static int b = 0; // 靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)(初始化區(qū)域) // 分配得來(lái)的10和20字節(jié)的區(qū)域在堆上 p1 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(10); } 圖示
注意
在嵌入式系統(tǒng)中有ROM和RAM兩類(lèi)內(nèi)存，程序被固化進(jìn)ROM，變量和堆棧設(shè)在RAM中，用const定義的常量也會(huì)被放入ROM中
用const定義常量可以節(jié)省空間，避免不必要的內(nèi)存分配
變量
什么是局部變量、全局變量和靜態(tài)變量？
顧名思義，局部變量就是在一個(gè)有限的范圍內(nèi)的變量，作用域是有限的，對(duì)于程序來(lái)說(shuō)，在一個(gè)函數(shù)體內(nèi)部聲明的普通變量都是局部變量，局部變量會(huì)在棧上申請(qǐng)空間，函數(shù)結(jié)束后，申請(qǐng)的空間會(huì)自動(dòng)釋放。而全局變量是在函數(shù)體外申請(qǐng)的，會(huì)被存放在全局（靜態(tài)區(qū)）上，知道程序結(jié)束后才會(huì)被結(jié)束，這樣它的作用域就是整個(gè)程序。靜態(tài)變量和全局變量的存儲(chǔ)方式相同，在函數(shù)體內(nèi)聲明為static就可以使此變量像全局變量一樣使用，不用擔(dān)心函數(shù)結(jié)束而被釋放。
相關(guān)函數(shù)：
void *malloc(size_t size);void free(void *p);/*一般這樣用Struct elem *p;p = (struct elem*)malloc(sizeof(struct elem))void free(p)*/
malloc原理
malloc函數(shù)的實(shí)質(zhì)體現(xiàn)在，它有一個(gè)將可用的內(nèi)存塊連接為一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的列表的所謂空閑鏈表。調(diào)用malloc函數(shù)時(shí)，它沿連接表尋找一個(gè)大到足以滿(mǎn)足用戶(hù)請(qǐng)求所需要的內(nèi)存塊。然后，將該內(nèi)存塊一分為二（一塊的大小與用戶(hù)請(qǐng)求的大小相等，另一塊的大小就是剩下的字節(jié)）。接下來(lái)，將分配給用戶(hù)的那塊內(nèi)存?zhèn)鹘o用戶(hù)，并將剩下的那塊（如果有的話）返回到連接表上。調(diào)用free函數(shù)時(shí)，它將用戶(hù)釋放的內(nèi)存塊連接到空閑鏈上。到最后，空閑鏈會(huì)被切成很多的小內(nèi)存片段，如果這時(shí)用戶(hù)申請(qǐng)一個(gè)大的內(nèi)存片段，那么空閑鏈上可能沒(méi)有可以滿(mǎn)足用戶(hù)要求的片段了。于是，malloc函數(shù)請(qǐng)求延時(shí)，并開(kāi)始在空閑鏈上翻箱倒柜地檢查各內(nèi)存片段，對(duì)它們進(jìn)行整理，將相鄰的小空閑塊合并成較大的內(nèi)存塊。如果無(wú)法獲得符合要求的內(nèi)存塊，malloc函數(shù)會(huì)返回NULL指針，因此在調(diào)用malloc動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存塊時(shí)，一定要進(jìn)行返回值的判斷。
malloc的使用要點(diǎn)
函數(shù)malloc的原型如下：
void * malloc(size_t size);
示例
用malloc申請(qǐng)一塊長(zhǎng)度為length的整數(shù)類(lèi)型的內(nèi)存，程序如下：
int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * length);
注意
malloc返回值的類(lèi)型是void *,所以在調(diào)用malloc時(shí)要顯式地進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換，將void* 轉(zhuǎn)換成所需要的指針類(lèi)型
malloc函數(shù)本身并不能識(shí)別要申請(qǐng)的內(nèi)存是什么類(lèi)型，它只關(guān)心內(nèi)存的總字節(jié)數(shù)。我們通常記不住int，float等數(shù)據(jù)類(lèi)型在不同平臺(tái)下的具體字節(jié)數(shù)，因此在malloc中使用sizeof是良好的風(fēng)格
直接搬運(yùn)的代碼，確實(shí)很好！！容易理解
//main.cpp int a = 0; //全局初始化區(qū)char *p1; //全局未初始化區(qū) main(){ int b; //棧 char s[] = "abc"; //棧 char *p2; //棧 char *p3 = "123456"; //123456//0在常量區(qū)，p3在棧上。 static int c =0;//全局（靜態(tài)）初始化區(qū) p1 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(20);//分配得來(lái)得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。 strcpy(p1, "123456"); //123456//0放在常量區(qū)，編譯器可能會(huì)將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方。 } 此外，還有realloc(重新分配內(nèi)存)、calloc（初始化為0）、alloca（在棧上申請(qǐng)內(nèi)存，自動(dòng)釋放）等。
內(nèi)存的規(guī)范種類(lèi)
常規(guī)類(lèi)(Conventional Memory)
常規(guī)類(lèi)在內(nèi)存分配表中占用最前面的位置，從0KB到640KB（地址000000H ～ 109FFFFH），共占用640KB的容量。因?yàn)樗趦?nèi)存的最前面并且在DOS可管理的內(nèi)存區(qū)，我們又稱(chēng)之為 Low Dos Memory(低DOS內(nèi)存)，或稱(chēng)之為基本內(nèi)存(Base Memory),使用此空間的程序有BIOS，DOS操作系統(tǒng)，外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，中斷向量表，一些常駐的程序，空閑可用的內(nèi)存空間以及一般的應(yīng)用軟件都可以在此空間執(zhí)行
高位內(nèi)存(Upper Memory)
高位內(nèi)存是常規(guī)內(nèi)存上面的一層內(nèi)存(640KB ~ 1024KB)
高端內(nèi)存區(qū)(High Memory Area)
它是1024KB至1088KB之間的64KB內(nèi)存
擴(kuò)展內(nèi)存塊(Extened Memory Block)
擴(kuò)展內(nèi)存是1MB以上的內(nèi)存空間，其地址是從100000H開(kāi)始，連續(xù)不斷向上擴(kuò)展的內(nèi)存，擴(kuò)展內(nèi)存取決于CPU的尋址能力
內(nèi)存分配方式
常見(jiàn)三種分配方式
靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域分配
內(nèi)存在程序編譯的時(shí)候已經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在，例如全局變量，static變量
在棧上創(chuàng)建
在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限
從堆上分配
動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，程序在運(yùn)行的時(shí)候用malloc或new申請(qǐng)任意多少的內(nèi)存，程序員自己負(fù)責(zé)在何時(shí)用free或delete釋放內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)存的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問(wèn)題也是最多
常見(jiàn)的內(nèi)存錯(cuò)誤及對(duì)策
發(fā)生內(nèi)存錯(cuò)誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)這些錯(cuò)誤，通常是在程序運(yùn)行時(shí)才能捕捉到。而這些錯(cuò)誤大多沒(méi)有明顯的癥狀，時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，增加了改錯(cuò)的難度。
內(nèi)存分配未成功，卻使用了它
編程新手常犯這種錯(cuò)誤，因?yàn)樗麄儧](méi)有意識(shí)到內(nèi)存分配會(huì)不成功。常用的解決辦法是，在使用內(nèi)存之前檢查指針是否為NULL。例如：
t = (struct btree *)malloc(sizeof(struct btree)); if (t == NULL) { printf("內(nèi)存分配失敗!/n"); exit(EXIT_FAILURE); }
內(nèi)存分配成功，但是尚未初始化就引用它
犯這種錯(cuò)誤主要由兩個(gè)起因：
忘記釋放內(nèi)存，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏
含有這種錯(cuò)誤的函數(shù)每被調(diào)用一次就丟失一塊內(nèi)存。剛開(kāi)始的時(shí)候，系統(tǒng)內(nèi)存充足，你看不到錯(cuò)誤。終有一次程序突然死掉，系統(tǒng)出現(xiàn)提示：內(nèi)存耗盡
動(dòng)態(tài)內(nèi)存的申請(qǐng)與釋放必須配對(duì)，程序中malloc和free的使用次數(shù)一定要相同，否則肯定有錯(cuò)誤
釋放了內(nèi)存卻繼續(xù)使用它
程序中的對(duì)象調(diào)用關(guān)系過(guò)于復(fù)雜，實(shí)在難以搞清楚某個(gè)對(duì)象究竟是否已經(jīng)釋放了內(nèi)存，此時(shí)應(yīng)該重新設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從根本上解決對(duì)象管理的混亂局面
函數(shù)的reture語(yǔ)句寫(xiě)錯(cuò)了，注意不要返回指向"棧內(nèi)存"的“指針”或者“引用”，因?yàn)樵搩?nèi)存在函數(shù)體結(jié)束時(shí)被自動(dòng)銷(xiāo)毀
使用free或delete釋放了內(nèi)存后，沒(méi)有將指針設(shè)置為NULL。導(dǎo)致產(chǎn)生“野指針”
規(guī)則
用malloc或new申請(qǐng)內(nèi)存之后，應(yīng)該立即檢查指針是否為NULL。防止使用指針為NULL的內(nèi)存
不要忘記為數(shù)組和動(dòng)態(tài)內(nèi)存賦初值。防止將未被初始化的內(nèi)存作為右值使用
避免數(shù)組或者指針的下標(biāo)越界，特別要當(dāng)心發(fā)生“多1”或者“少1”的操作
動(dòng)態(tài)內(nèi)存的申請(qǐng)與釋放必須配對(duì)，防止內(nèi)存泄漏
用free或delete釋放內(nèi)存之后，立即將指針設(shè)置為NULL，防止產(chǎn)生“野指針”
指針與數(shù)組的對(duì)比
c程序中，指針和數(shù)組在不少地方可以相互替換著用，讓人產(chǎn)生一種錯(cuò)覺(jué)，以為兩者是等價(jià)的
數(shù)組要么在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)被創(chuàng)建(如全局?jǐn)?shù)組)，要么在棧上被創(chuàng)建。數(shù)組名對(duì)應(yīng)著（而不是指向）一塊內(nèi)存，其地址與容量在生命周期內(nèi)保持不變，只有數(shù)組的內(nèi)容可以改變
指針可以隨時(shí)指向任意類(lèi)型的內(nèi)存塊，它的特征是“可變”，所以我們常用指針來(lái)操作動(dòng)態(tài)內(nèi)存。指針遠(yuǎn)比數(shù)組靈活，但也更危險(xiǎn)。
修改內(nèi)容
字符數(shù)組a的容量是6個(gè)字符，其內(nèi)容為hello。a的內(nèi)容可以修改，例如a[0]='x'.指針p指向常量字符串“world”（位于靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，內(nèi)容為world），常量字符串的內(nèi)容是不可以被修改的。從語(yǔ)法上看，編譯器并不覺(jué)得語(yǔ)句p[0]='x'有什么不妥，但是該語(yǔ)句企圖修改常量字符串的內(nèi)容而導(dǎo)致運(yùn)行錯(cuò)誤
#include <stdio.h> int main() { char a[] = "hello"; a[0] = 'x'; printf("%s/n", a); char *p = "wrold"; p[0] = 'x'; printf("%s/n", p); return 0; }
內(nèi)容復(fù)制與比較
不能對(duì)數(shù)組名進(jìn)行直接復(fù)制與比較。若想把數(shù)組a的內(nèi)容復(fù)制給數(shù)組b，不能用語(yǔ)句 b = a，否則將產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤。應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)strcpy進(jìn)行復(fù)制。同理，比較b和a的內(nèi)容是否相同，應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)strcmp進(jìn)行比較
語(yǔ)句p = a并不能把a(bǔ)的內(nèi)容復(fù)制指針p，而是把a(bǔ)的地址賦給了p。要想復(fù)制a的內(nèi)容，可以先用庫(kù)函數(shù)malloc為p申請(qǐng)一塊容量為strlen(a)1個(gè)字符的內(nèi)存，再用strcpy進(jìn)行字符串復(fù)制。同理，語(yǔ)句if(p == a)比較的不是內(nèi)容而是地址，應(yīng)該用庫(kù)函數(shù)strcmp來(lái)比較
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> int main() { char a[] = "hello"; char b[10]; strcpy(b, a); //不能用b = a int len = strlen(a); char *p = (char *)malloc((len + 1) * sizeof(char)); strcpy(p, a); if (strcmp(p, a) == 0) { printf("p和a是相等的！/n"); } free(p); return 0; }
計(jì)算內(nèi)存容量
用運(yùn)算符sizeof可以計(jì)算出數(shù)組的容量（字節(jié)數(shù)）。sizeof(a)的值是12.指向p指向a，但是sizeof(p)的值卻是4.這是因?yàn)閟izeof(p)得到的是一個(gè)指針變量的字節(jié)數(shù)(32bit機(jī)器內(nèi)存地址為32bit),相當(dāng)于sizeof(char *),而不是p所指的內(nèi)存容量。
注意當(dāng)數(shù)組作為函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行傳遞時(shí)，該數(shù)組自動(dòng)退化為同類(lèi)型的指針。不論數(shù)組a的容量是多少，sizeof(a)始終等于sizeof(char *)
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> void funC(char *a); int main() { char a[] = "hello"; char *p = a; printf("%d/n", sizeof(a)); // 6字節(jié) printf("%d/n", sizeof(p)); // 4字節(jié) funC(a); return 0; } void funC(char *a) { printf("%d/n", sizeof(a)); // 4字節(jié)而不是6字節(jié) }
運(yùn)算結(jié)果：
指針參數(shù)是如何傳遞內(nèi)存的
如果函數(shù)的參數(shù)是一個(gè)指針，不要指望用該指針去申請(qǐng)動(dòng)態(tài)內(nèi)存。示例中，Test函數(shù)的語(yǔ)句GetMemory(str, 200)并沒(méi)有使str獲得期望的內(nèi)存，str依舊是NULL，為什么？
代碼
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> void GetMemory(char *p, int num) { p = (char*)malloc(sizeof(char) * num); } char* getMemory(char *p, int num) { p = (char *)malloc(sizeof(char) * num); return p; } int main() { char *str = NULL; str = getMemory(str, 200); strcpy(str, "hello world!"); //運(yùn)行錯(cuò)誤 printf("%s", str); free(str); return 0; }
錯(cuò)誤
原因
問(wèn)題出在函數(shù)GetMemory中。編譯器總是要為函數(shù)的每個(gè)參數(shù)制作臨時(shí)副本，指針參數(shù)p的副本是_p,編譯器使_p = p.如果函數(shù)體內(nèi)的程序修改了_p的內(nèi)容，就導(dǎo)致參數(shù)p的內(nèi)容作相應(yīng)的修改。這就是指針可以用作輸出參數(shù)的原因。在本例中，_p申請(qǐng)了新的內(nèi)存，只是把_p所指的內(nèi)存地址改變了，但是p絲毫未變。所以函數(shù)GetMemory并不能輸出任何東西。事實(shí)上，每執(zhí)行一次GetMemory就會(huì)泄漏一塊內(nèi)存，因?yàn)闆](méi)有用free釋放內(nèi)存
改進(jìn)
我們可以用函數(shù)返回值來(lái)傳遞動(dòng)態(tài)內(nèi)存，這種方法更簡(jiǎn)單，見(jiàn)示例：
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> void GetMemory(char *p, int num) { p = (char*)malloc(sizeof(char) * num); } char* getMemory(char *p, int num) { p = (char *)malloc(sizeof(char) * num); return p; } int main() { char *str = NULL; str = getMemory(str, 200); strcpy(str, "hello world!"); //運(yùn)行錯(cuò)誤 printf("%s/n", str); free(str); return 0; }
注意：
用函數(shù)返回值來(lái)傳遞動(dòng)態(tài)內(nèi)存這種方法雖然好用，但是常常有人把return語(yǔ)句用錯(cuò)了。這里強(qiáng)調(diào)不要用return語(yǔ)句返回指向”棧內(nèi)存“的指針，因?yàn)樵搩?nèi)存在函數(shù)結(jié)束時(shí)自動(dòng)消亡。
示例：
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> void GetMemory(char *p, int num) { p = (char*)malloc(sizeof(char) * num); } char* getMemory(char *p, int num) { p = (char *)malloc(sizeof(char) * num); return p; } char* getArray(void) { char p[] = "hello world!"; return p; // 編譯器提出警告 } int main() { char *str = NULL; str = getArray(); printf("%s/n", str); // str指向的內(nèi)容是垃圾 free(str); return 0; } 杜絕“野指針”
"野指針"不是NULL指針，是指向“垃圾”內(nèi)存的指針。人們一般不會(huì)錯(cuò)用NULL指針，因?yàn)橛胕f語(yǔ)句很容易判斷。但是“野指針”是很危險(xiǎn)的，if語(yǔ)句對(duì)它不起作用。“野指針”的成因主要有兩種：
指針變量沒(méi)有初始化。任何指針變量剛被創(chuàng)建時(shí)不會(huì)自動(dòng)成為NULL指針，它的缺省值是隨機(jī)的，它會(huì)亂指一氣。所以，指針變量在創(chuàng)建的同時(shí)應(yīng)該被初始化，要么將指針設(shè)置為NULL，要么讓它指向合法的內(nèi)存，例如：
char *p = NULL; char *str = (char *)malloc(sizeof(char) * 100);
指針p被free或者delete之后，沒(méi)有置為NULL，讓人誤以為p是個(gè)合法的指針
指針操作超越了變量的作用范圍
內(nèi)存耗盡怎么辦
如果在申請(qǐng)動(dòng)態(tài)內(nèi)存時(shí)找不到足夠大的內(nèi)存塊，malloc函數(shù)將返回NULL指針，宣告內(nèi)存申請(qǐng)失敗。通常有三種方式處理“內(nèi)存耗盡”問(wèn)題
判斷指針是否為NULL，如果是則馬上用return語(yǔ)句終止本函數(shù)。例如：
char* getPoint() { char *p = malloc(sizeof(char) * 100); if (p == NULL) { return null; } } 判斷指針是否為NULL，如果是則馬上用exit(1)終止整個(gè)程序的運(yùn)行（我經(jīng)常用也是推薦做法）：
char* getPoint() { char *p = malloc(sizeof(char) * 100); if (p == NULL) { exit(1); } } 為new和malloc設(shè)置異常處理函數(shù)
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