之前在学Java的时候对于Java虚拟机中的内存分布有一定的了解，但是最近在看一些C，发现居然自己对于C语言的内存分配了解的太少。

问题不能拖，我这就来学习一下吧，争取一次搞定。 在任何程序设计环境及语言中，内存管理都十分重要。

这篇学习博客主要分为三个部分：

第一部分主要介绍内存管理基本概念，重点介绍C程序中内存的分配，以及C语言编译后的可执行程序的存储结构和运行结构，同时还介绍了堆空间和栈空间的用途及区别。

第二部分主要介绍C语言中内存分配及释放函数、函数的功能，以及如何调用这些函数申请/释放内存空间及其注意事项。

第三部分就是各种奇淫巧技了，各种之前忽略情况。

第一部分：内存管理的基本概念

分析C语言内存的分布先从Linux下可执行的C程序入手。现在有一个简单的C源程序hello.c

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 int var1 = 1;
4 
5 int main(void) {
6   int var2 = 2;
7   printf("hello, world!\n");
8   exit(0);
9 }

经过gcc hello.c进行编译之后得到了名为a.out的可执行文件

[tuhooo@localhost leet_code]$ ls -al a.out
-rwxrwxr-x. 1 tuhooo tuhooo 8592 Jul 22 20:40 a.out

ls命令是查看文件的元数据信息

[tuhooo@localhost leet_code]$ file a.out
a.out: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=23c58f2cad39d8b15b91f0cc8129055833372afe, not stripped

file命令用来识别文件类型，也可用来辨别一些文件的编码格式。

它是通过查看文件的头部信息来获取文件类型，而不是像Windows通过扩展名来确定文件类型的。

[tuhooo@localhost leet_code]$ size a.out

显示一个目标文件或者链接库文件中的目标文件的各个段的大小，当没有输入文件名时，默认为a.out。

size：支持的目标： elf32-i386 a.out-i386-linux efi-app-ia32 elf32-little elf32-big srec symbolsrec tekhex binary ihex trad-core。

那啥，可执行文件在存储（也就是还没有载入到内存中）的时候，分为：代码区、数据区和未初始化数据区3个部分。

进一步解读

（1）代码区（text segment）。存放CPU执行的机器指令（machine instructions）。通常，代码区是可共享的（即另外的执行程序可以调用它），因为对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可。代码区通常是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外，代码区还规划了局部变量的相关信息。

（2）全局初始化数据区/静态数据区（initialized data segment/data segment）。该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量、静态变量（包括全局静态变量和局部静态变量）和常量数据（如字符串常量）。例如，一个不在任何函数内的声明（全局数据）：

1 int maxcount = 99;

使得变量maxcount根据其初始值被存储到初始化数据区中。

1 static mincount = 100; 

这声明了一个静态数据，如果是在任何函数体外声明，则表示其为一个全局静态变量，如果在函数体内（局部），则表示其为一个局部静态变量。另外，如果在函数名前加上static，则表示此函数只能在当前文件中被调用。

（3）未初始化数据区。亦称BSS区（uninitialized data segment），存入的是全局未初始化变量。BSS这个叫法是根据一个早期的汇编运算符而来，这个汇编运算符标志着一个块的开始。BSS区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为0或者空指针（NULL）。例如一个不在任何函数内的声明：

1 long sum[1000];

将变量sum存储到未初始化数据区。

下图所示为可执行代码存储时结构和运行时结构的对照图。一个正在运行着的C编译程序占用的内存分为代码区、初始化数据区、未初始化数据区、堆区和栈区5个部分。

（1）代码区（text segment）。代码区指令根据程序设计流程依次执行，对于顺序指令，则只会执行一次（每个进程），如果反复，则需要使用跳转指令，如果进行递归，则需要借助栈来实现。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。代码区的指令中包括操作码和要操作的对象（或对象地址引用）。如果是立即数（即具体的数值，如5），将直接包含在代码中；如果是局部数据，将在栈区分配空间，然后引用该数据地址；如果是BSS区和数据区，在代码中同样将引用该数据地址。

（2）全局初始化数据区/静态数据区（Data Segment）。只初始化一次。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一块内存区域。数据段属于静态内存分配。

（3）未初始化数据区（BSS）。在运行时改变其值。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。

（4）栈区（stack）。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。每当一个函数被调用，该函数返回地址和一些关于调用的信息，比如某些寄存器的内容，被存储到栈区。然后这个被调用的函数再为它的自动变量和临时变量在栈区上分配空间，这就是C实现函数递归调用的方法。每执行一次递归函数调用，一个新的栈框架就会被使用，这样这个新实例栈里的变量就不会和该函数的另一个实例栈里面的变量混淆。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。

（5）堆区（heap）。用于动态内存分配。堆在内存中位于bss区和栈区之间。一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时有可能由OS回收。堆(heap)： 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）。

为什么要这么分配内存？

待续。。。。。。

深入理解C语言内存管理