黑马程序员-C语言-内存管理概念、内存分区以及内存函数

                           内存管理概念、内存分区以及内存函数

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1、内存管理的基本概念

   内存管理，是指软件运行时对计算机内存资源的分配和使用的技术，其最主要的目的是如何高效，快速的分配，并且在适当的时候释放和回收内存资源。

 

1）内存分配方式  内存分配方式有三种：

 （1）从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在，例如全局变量，static变量。

  （2）在栈上创建，在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些储存单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很好，但是分配的内存容量有限。

  （3）从堆上分配，亦称动态分配。程序在运行的时候用malloc活new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活，但问题也最多。

 

2、内存分区

BSS段：BSS段（bss segment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量和静态变量（这里注意一个问题：一般的书上都不会说全局变量和静态变量是会自动初始化的，那么哪来的未初始化的变量呢？变量的初始化可以分为显示初始化和隐式初始化，全局变量和静态变量如果程序员自己不初始化的话的确也会被出示化，那就是不管什么类型都初始化为0，这种没有显示初始化的就是这里所说的未初始化，既然都是0那么就没有必要把每个-都存储起来，从而节省磁盘空间，这就是BSS的主要作用）的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称，BSS段属于静态内存分配。BSS节不包含任何数据，只是简单的维护开始和结束的地址，即总大小，以便内存区能在运行时分配并被有效的清零。BSS节在应用程序的二进制映象文件中并不存在，即不占用磁盘空间，而只在运行的时候占用内存空间，所以如果全局变量和静态变量未初始化那么其可执行文件要小很多。

 

数据段：数据段（data segment）通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的静态变量一块内存区域。数据段属于静态内存分配。可以分为只读数据段和读写数据段。字符串常量等，但一般都是放在只读数据段中。

 

代码段：代码段（code segment / text segment）通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写，即允许自修改程序。 在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。

 

堆（heep）：堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）。

 

栈（stack）：栈又称堆栈，是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（但又不包括static声明的变量，static意味着在数据段中存放变量）。除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲，我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

 

3、为什么要进行动态内存分配？

   以数组为例，一个数组的元素是存储于内存中连续的位置，当数组被声明时其所需要的内存在编译的时候已经被分配。但是有些情况下使用这种静态分配是不方便的。例如使用数组储存班级中所有学生的成绩，但是不同班级的学生数量是不同，在这种情况下，你应该给该数组分配多大的内存？一般是按照可以容纳肯能出现的最多元素做。

 

优点：简单

 

缺点：声明中引入了限制，如果程序需要使用的元素超过声明的长度，怎么办？

 

1）解决上一个缺点的方法就是把数组声明的更大一些，但是同时新的缺点又出现了，如果程序实际需要的元素数量变少时，这样大部分的内存空间都被浪费了。

2）如果超过数组容纳的范围时，程序必须有合理的响应，不应该由于一个异常而失败，但也不应该printf看书去正确，实际错误的结果。

 

4、常见动态分配内存分配函数

 C语言提供三个动态分配内存的函数：malloc、calloc和relloc。

相关使用方法如下：

/*   C语言中提供了3个动态内存分配函数：     1）malloc 函数       格式： void * malloc(unsigned size);       从内存的堆区分配大小为size个字节的连续的内存空间      如果内存分配成功  返回内存的首地址                 失败  NULL       */#include <stdio.h>#include <stdlib.h>/** *  malloc函数的使用 */void test1(){    //从内存中申请一块内存空间，可以存储4个整数    // = 赋值，要求等号的左右两侧的类型要一致    //p中存放的事新申请的内存空间的首地址    //注意：malloc 申请的内存空间，如果我们不赋值？    //     是垃圾数    int *p = (int *)malloc(4*sizeof(int));   //16个字节        //使用一个函数给malloc申请的空间进行初始化    memset(p,'a',16);        if (p!=NULL) {                //申请成功做的事情        //        *p = 10;        //        *(p+1) = 100;        //        *(p+2) = 1000;        //        *(p+3) = 10000;   //存放4个整数            }else{        //内存申请失败        printf("内存申请失败!\n");            }        for(int i=0;i<4 ;i++){                printf("%c\t",*(p+i));            }}void test2(){    //callloc 分配指定块数和长度的内存空间    //格式：calloc(块数,长度)    //分配了4块，每一块内存长度为4的内存空间    //他们的地址也是连续的        //注意事项：    //calloc 它使可以帮我们自动的初始化为0    int *p = (int *)calloc(4, sizeof(int));   //16个字节        if (p!=NULL) {                //申请成功做的事情        *p = 10;        *(p+1) = 100;        *(p+2) = 1000;        *(p+3) = 10000;   //存放4个整数            }else{        //内存申请失败        printf("内存申请失败!\n");            }        for(int i=0;i<4 ;i++){                printf("%d\t",*(p+i));            }}int main(int argc, const char * argv[]) {        int *p = (int *)malloc(4*sizeof(int));   //16个字节    printf("old %p\n",p);    //realloc 函数可以给已经存在的空间扩充大小    p = realloc(p, 40*sizeof(int));    printf("new %p\n",p);    //40个内存空间    if (p!=NULL) {                //申请成功做的事情        *p = 10;        *(p+1) = 100;        *(p+2) = 1000;        *(p+3) = 10000;   //存放4个整数                *(p+39)= 1;        printf("%d\n",*(p+39));            }else{        //内存申请失败        printf("内存申请失败!\n");        }        for(int i=0;i<4 ;i++){            printf("%d\t",*(p+i));        }        return 0;}