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c内存分配（转）

2024-07-30 22:23:28   222人阅读

图示



C内存分配


程序代码区

存放函数体的二进制代码

全局数据区

全局变量和静态变量的存储是放在一起的。初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。常量数据存放在另一个区域里。这些数据在程序结束后由系统释放。我们所说的BSS段（bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称

栈区

由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈

堆区

一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收

命令行参数区

存放命令行参数和环境变量的值

示例

    #include <stdio.h>            int a = 0;  // 静态存储区（初始化区域）      char *p1;   // 静态存储区（未初始化区域）            void example()      {          int b;  // 栈区          char s[] = "abc";   // 栈区          char *p2;   //栈区                static int b = 0;   // 静态存储区(初始化区域)                // 分配得来的10和20字节的区域在堆上          p1 = (char *)malloc(10);          p2 = (char *)malloc(10);      }

注意
  • 在嵌入式系统中有ROM和RAM两类内存，程序被固化进ROM，变量和堆栈设在RAM中，用const定义的常量也会被放入ROM中
  • 用const定义常量可以节省空间，避免不必要的内存分配

内存的规范种类


常规类(Conventional Memory)

常规类在内存分配表中占用最前面的位置，从0KB到640KB（地址000000H ～ 109FFFFH），共占用640KB的容量。因为它在内存的最前面并且在DOS可管理的内存区，我们又称之为 Low Dos Memory(低DOS内存)，或称之为基本内存(Base Memory),使用此空间的程序有BIOS，DOS操作系统，外围设备的驱动程序，中断向量表，一些常驻的程序，空闲可用的内存空间以及一般的应用软件都可以在此空间执行

高位内存(Upper Memory)

高位内存是常规内存上面的一层内存(640KB ~ 1024KB)

高端内存区(High Memory Area)

它是1024KB至1088KB之间的64KB内存

扩展内存块(Extened Memory Block)

扩展内存是1MB以上的内存空间，其地址是从100000H开始，连续不断向上扩展的内存，扩展内存取决于CPU的寻址能力

内存分配方式


常见三种分配方式


静态存储区域分配

内存在程序编译的时候已经分配好，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

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存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限

从堆上分配

动态内存分配，程序在运行的时候用malloc或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，但问题也是最多

常见的内存错误及对策

发生内存错误是件非常麻烦的事情。编译器不能自动发现这些错误，通常是在程序运行时才能捕捉到。而这些错误大多没有明显的症状，时隐时现，增加了改错的难度。

内存分配未成功，却使用了它

编程新手常犯这种错误，因为他们没有意识到内存分配会不成功。常用的解决办法是，在使用内存之前检查指针是否为NULL。例如：
    t = (struct btree *)malloc(sizeof(struct btree));      if (t == NULL) {          printf("内存分配失败!\n");          exit(EXIT_FAILURE);      }

内存分配成功，但是尚未初始化就引用它

犯这种错误主要由两个起因：
  1. 没有初始化的概念
  2. 误认为内存的缺省初值全为0,导致引用初值错误。内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准，所以无论用何种方式创建数组，都别忘了赋初值，即便是赋初值0也不可省略，不要嫌麻烦

忘记释放内存，导致内存泄漏

  • 含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始的时候，系统内存充足，你看不到错误。终有一次程序突然死掉，系统出现提示：内存耗尽
  • 动态内存的申请与释放必须配对，程序中malloc和free的使用次数一定要相同，否则肯定有错误

释放了内存却继续使用它

  1. 程序中的对象调用关系过于复杂，实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存，此时应该重新设计数据结构，从根本上解决对象管理的混乱局面
  2. 函数的reture语句写错了，注意不要返回指向"栈内存"的“指针”或者“引用”，因为该内存在函数体结束时被自动销毁
  3. 使用free或delete释放了内存后，没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”

规则

  • 用malloc或new申请内存之后，应该立即检查指针是否为NULL。防止使用指针为NULL的内存
  • 不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用
  • 避免数组或者指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”的操作
  • 动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏
  • 用free或delete释放内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生“野指针”

指针与数组的对比

c程序中，指针和数组在不少地方可以相互替换着用，让人产生一种错觉，以为两者是等价的

数组要么在静态存储区被创建(如全局数组)，要么在栈上被创建。数组名对应着（而不是指向）一块内存，其地址与容量在生命周期内保持不变，只有数组的内容可以改变

指针可以随时指向任意类型的内存块，它的特征是“可变”，所以我们常用指针来操作动态内存。指针远比数组灵活，但也更危险。

修改内容

字符数组a的容量是6个字符，其内容为hello。a的内容可以修改，例如a[0]=‘x‘.指针p指向常量字符串“world”（位于静态存储区，内容为world），常量字符串的内容是不可以被修改的。从语法上看，编译器并不觉得语句p[0]=‘x‘有什么不妥，但是该语句企图修改常量字符串的内容而导致运行错误

#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;  }

内容复制与比较

不能对数组名进行直接复制与比较。若想把数组a的内容复制给数组b，不能用语句 b = a，否则将产生编译错误。应该用标准库函数strcpy进行复制。同理，比较b和a的内容是否相同，应该用标准库函数strcmp进行比较

语句p = a并不能把a的内容复制指针p，而是把a的地址赋给了p。要想复制a的内容，可以先用库函数malloc为p申请一块容量为strlen(a)1个字符的内存，再用strcpy进行字符串复制。同理，语句if(p == a)比较的不是内容而是地址，应该用库函数strcmp来比较

#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;   }

计算内存容量

用运算符sizeof可以计算出数组的容量（字节数）。sizeof(a)的值是12.指向p指向a，但是sizeof(p)的值却是4.这是因为sizeof(p)得到的是一个指针变量的字节数(32bit机器内存地址为32bit),相当于sizeof(char *),而不是p所指的内存容量。

注意当数组作为函数的参数进行传递时，该数组自动退化为同类型的指针。不论数组a的容量是多少，sizeof(a)始终等于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字节          printf("%d\n", sizeof(p));  // 4字节                funC(a);          return 0;      }            void funC(char *a)      {          printf("%d\n", sizeof(a));  // 4字节而不是6字节      }

 


运算结果：
 


指针参数是如何传递内存的

如果函数的参数是一个指针，不要指望用该指针去申请动态内存。示例中，Test函数的语句GetMemory(str, 200)并没有使str获得期望的内存，str依旧是NULL，为什么？

代码

#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!");    //运行错误      printf("%s", str);      free(str);      return 0;  }

错误




原因

问题出在函数GetMemory中。编译器总是要为函数的每个参数制作临时副本，指针参数p的副本是_p,编译器使_p = p.如果函数体内的程序修改了_p的内容，就导致参数p的内容作相应的修改。这就是指针可以用作输出参数的原因。在本例中，_p申请了新的内存，只是把_p所指的内存地址改变了，但是p丝毫未变。所以函数GetMemory并不能输出任何东西。事实上，每执行一次GetMemory就会泄漏一块内存，因为没有用free释放内存

改进

我们可以用函数返回值来传递动态内存，这种方法更简单，见示例：

    #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!");    //运行错误          printf("%s\n", str);          free(str);          return 0;      }

注意：

用函数返回值来传递动态内存这种方法虽然好用，但是常常有人把return语句用错了。这里强调不要用return语句返回指向”栈内存“的指针，因为该内存在函数结束时自动消亡。

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;   // 编译器提出警告  }  int main()  {      char *str = NULL;      str = getArray();      printf("%s\n", str);    // str指向的内容是垃圾      free(str);      return 0;  }

杜绝“野指针”

"野指针"不是NULL指针，是指向“垃圾”内存的指针。人们一般不会错用NULL指针，因为用if语句很容易判断。但是“野指针”是很危险的，if语句对它不起作用。“野指针”的成因主要有两种：

  1. 指针变量没有初始化。任何指针变量刚被创建时不会自动成为NULL指针，它的缺省值是随机的，它会乱指一气。所以，指针变量在创建的同时应该被初始化，要么将指针设置为NULL，要么让它指向合法的内存，例如：
        char *p = NULL;      char *str = (char *)malloc(sizeof(char) * 100);
  2. 指针p被free或者delete之后，没有置为NULL，让人误以为p是个合法的指针
  3. 指针操作超越了变量的作用范围

内存耗尽怎么办

如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块，malloc函数将返回NULL指针，宣告内存申请失败。通常有三种方式处理“内存耗尽”问题
  1. 判断指针是否为NULL，如果是则马上用return语句终止本函数。例如：
        char* getPoint()      {          char *p = malloc(sizeof(char) * 100);          if (p == NULL) {              return null;          }      }
  2. 判断指针是否为NULL，如果是则马上用exit(1)终止整个程序的运行（我经常用也是推荐做法）：
        char* getPoint()      {          char *p = malloc(sizeof(char) * 100);          if (p == NULL) {              exit(1);          }      }
  3. 为new和malloc设置异常处理函数

malloc的使用要点


函数malloc的原型如下：

void * malloc(size_t size);

示例

用malloc申请一块长度为length的整数类型的内存，程序如下：
int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * length);

注意

  • malloc返回值的类型是void *,所以在调用malloc时要显式地进行类型转换，将void* 转换成所需要的指针类型
  • malloc函数本身并不能识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。我们通常记不住int，float等数据类型在不同平台下的具体字节数，因此在malloc中使用sizeof是良好的风格

参考链接

http://blog.csdn.net/kakaka2011/article/details/7382923

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