C語(yǔ)言內(nèi)存管理

1、C 語(yǔ)言內(nèi)存管理Revised by Petrel at 2021C語(yǔ)言程序編譯的內(nèi)存分配：1 ?棧區(qū) stack - 編譯器自動(dòng)分配釋放，主要存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量值2?堆區(qū)heap 一由程序員分配釋放；3?全局區(qū)或靜態(tài)區(qū)一存放全局變量和靜態(tài)變量；程序結(jié)束時(shí)山系統(tǒng)釋放，分為全 局初始化區(qū)和全局未初始化區(qū)；4?字符常量區(qū)一常量字符串放與此，程序結(jié)束時(shí)山系統(tǒng)釋放；5.程序代碼區(qū)一存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼例：/main, cint a=0; / 全局初始化區(qū)char *pl; / 全局未初始化區(qū)void main int b; 棧char s 二"bb" / 棧char *p

2、2; / 棧char *p3 二 123" / 其中，“ 123 0 常量區(qū)， p3 在棧區(qū)static int c=0; / 全局區(qū)pl= char* malloc 10; /10 個(gè)字節(jié)區(qū)域在堆區(qū) strcpy pl/ /123O； 123T在常量區(qū),編譯器 可能 會(huì)優(yōu)化為和p3的指向同一 塊區(qū)域一個(gè)C程序占用的內(nèi)存可分為以下兒類：一棧這是山編譯器自動(dòng)分配和釋放的區(qū)域。主要存儲(chǔ)函數(shù)的參數(shù)，函數(shù)的局部變量 等。當(dāng)一個(gè)函數(shù)開始執(zhí)行時(shí)，該函數(shù)所需的實(shí)參，局部變量就推入棧中，該函數(shù)執(zhí) 行完畢后，之前進(jìn)入棧中的參數(shù)和變量等也都出棧被釋放掉。它的運(yùn)行方式類似于 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。二堆這是山程序

3、員控制分配和釋放的區(qū)域，在C里，用mallocO函數(shù)分配的空間就存在于堆上。在堆上分配的空間不像棧一樣在某個(gè)函數(shù)執(zhí)行完畢就自動(dòng)釋放，而 是一直存在于整個(gè)程序的運(yùn)行期間。當(dāng)然，如果你不手動(dòng)釋放 free 函數(shù) 這些空間，在程序運(yùn)行結(jié)束后系統(tǒng)也會(huì)將之自動(dòng)釋放。對(duì)于小程序來說可能感覺 不到影響的存在，但對(duì)于大程序，例如一個(gè)大型游戲，就會(huì)遇到內(nèi)存不夠用的問 題了三全局區(qū)C里的全局變量和靜態(tài)變量存儲(chǔ)在全局區(qū)。它們有點(diǎn)像堆上的空間，也是持續(xù) 存在于程序的整個(gè)運(yùn)行期間，但不同的是，他們是山編譯器自己控制分配和釋放 的。四文字常量區(qū)例如 ch 孔紋二“123456；那么123456"為文字常量，存放

4、于文字常量區(qū)。也山編譯器控制分配和釋放。五程序代碼區(qū)存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。2. 例子( 一)int a = 0; / 全局區(qū)void main()int b; 棧char s = "abc"s 在棧，冷 be" 在文字常量區(qū)char *pl, *p2; 棧char *p3 = "123456" /"123456" 在常量區(qū)， p3 在棧上 static int c 二 0; / 全局區(qū)pl = (char *)malloc(10) ; /pl 在棧，分配的 10 字節(jié)在堆 p2 = (char *)malloc(20);

5、/p2 在棧，分配的 20 字節(jié)在堆 strcpy(pl, ，z123456，z); / “123456"放在常量區(qū) 編譯器可能將它與 P3 所指向的 "123456"優(yōu)化成一個(gè)地 方。3. 例子( 二)返回 char 型指針char *f ()/s 數(shù)組存放于棧上char s4 二T ，''O' ;return s; 返回 s 數(shù)組的地址，但程序運(yùn)行完 s 數(shù)組就被釋放了 void main()char *s; s 二 f ();printf (z%s s); / 打印出來亂碼。因?yàn)?s 所指向地址已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)還有就是函數(shù)調(diào)用時(shí)會(huì)在棧上有

6、一系列的保存現(xiàn)場(chǎng)及傳遞參數(shù)的操作。 棧的空間大小有限定，vc的缺省是2M棧不夠用的情況一般是程序中分配了大量 數(shù)組和遞歸函數(shù)層次太深。有一點(diǎn)必須知道，當(dāng)一個(gè)函數(shù)調(diào)用完返回后它會(huì)釋放該 函數(shù)中所有的棧空間。棧是由編譯器自動(dòng)管理的，不用你操心。堆是動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的，并且你可以分配使用很大的內(nèi)存。但是用不好會(huì)產(chǎn)生內(nèi) 存泄漏。并且頻繁地 malloc 和 free 會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片 ( 有點(diǎn)類似磁盤碎片 ) ，因?yàn)?C 分配動(dòng)態(tài)內(nèi)存時(shí)是尋找匹配的內(nèi)存的。而用棧那么不會(huì)產(chǎn)生碎片，在棧上存取數(shù)據(jù) 比通過指針在堆上存取數(shù)據(jù)快些。一般大家說的堆棧和棧是一樣的，就是棧 (stack),而說堆時(shí)才是堆heap?棧是先

7、入后出的，一般是山高地址向低地址生 長(zhǎng)。堆(heap)和棧(stack )是C/C編程不可防止會(huì)碰到的兩個(gè)根本概念。首 先， 這兩個(gè)概念都可以在講數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的書中找到，他們都是根本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，雖 然棧更 為簡(jiǎn)單一些。在具體的C/C編程框架中，這兩個(gè)概念并不是并行的。對(duì)底 層機(jī)器 代碼的研究可以揭示，棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而堆那么是C/C函數(shù)庫(kù)提供 的。具體地說，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(串行執(zhí)行機(jī)制)，都直接在代碼底層支持棧的數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)。這表達(dá)在，有專門的存放器指向棧所在的地址，有專門的機(jī)器指令 完成數(shù)據(jù)入 棧出棧的操作。種機(jī)制的特點(diǎn)是效率高，支持的數(shù)據(jù)有限，一般是整 數(shù)，指針，浮 點(diǎn)數(shù)等系統(tǒng)直接支持的

8、數(shù)據(jù)類型，并不直接支持其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 因?yàn)闂５倪@種特 點(diǎn)，對(duì)棧的使用在程序中是非常頻繁的。對(duì)子程序的調(diào)用就是直 接利用棧完成的。 機(jī)器的 call 指令里隱含了把返回地址推入棧，然后跳轉(zhuǎn)至子程 序地址的操作，而 子程序中的 ret 指令那么隱含從堆棧中彈岀返回地址并跳轉(zhuǎn)之的 操作。 C/C 中的自 動(dòng)變量是直接利棧的例子，這也就是為什么當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，該 函數(shù)的自動(dòng)變量自動(dòng) 失效的原因。和棧不同，堆的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不是山系統(tǒng)無論是機(jī)器系統(tǒng)還是操作系統(tǒng)支持 的，而是山函數(shù)庫(kù)提供的。根本的 malloc/realloc/free 函數(shù)維護(hù)了一套內(nèi)部的堆 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)程序使用這些函數(shù)去獲得新的內(nèi)存空間時(shí)

9、，這套函數(shù)首先試圖從內(nèi)部 堆中尋找可用的內(nèi)存空間，如果沒有可以使用的內(nèi)存空間，那么試圖利用系統(tǒng)調(diào)用來 動(dòng)態(tài)增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存大小，新分配得到的空間首先被組織進(jìn)內(nèi)部堆中去，然 后再以適當(dāng)?shù)男问椒祷亟o調(diào)用者。當(dāng)程序釋放分配的內(nèi)存空間時(shí)，這片內(nèi)存空間被 返回內(nèi)部堆結(jié)構(gòu)中，可能會(huì)被適當(dāng)?shù)奶幚肀确胶推渌臻e空間合并成更大的空閑 空間，以更適合下一次內(nèi)存分配申請(qǐng)。這套復(fù)雜的分配機(jī)制實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)內(nèi) 存分配的緩沖池 Cache, 使用這套機(jī)制有如下假設(shè)干原因：1. 系統(tǒng)調(diào)用可能不支持任意大小的內(nèi)存分配。有些系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用只支持固定大 小及其倍數(shù)的內(nèi)存請(qǐng)求按頁(yè)分配 : 這樣的話對(duì)于大量的小內(nèi)存分類來說會(huì)造成 浪 3?系統(tǒng)調(diào)用申請(qǐng)內(nèi)存可能是代價(jià)昂貴的。系統(tǒng)調(diào)用可能涉及用戶態(tài)和核心態(tài)的轉(zhuǎn) 換。3. 沒有管理的內(nèi)存分配在大量復(fù)雜內(nèi)存的分配釋放操作下很容易造成內(nèi)存碎片 堆 和棧的比照從以上知識(shí)可知，棧是系統(tǒng)提供的功能，特點(diǎn)是快速高效，缺點(diǎn)是有限制，數(shù) 據(jù)不靈活；而堆是函數(shù)庫(kù)提供的功能，特點(diǎn)是靈活方便，數(shù)據(jù)適應(yīng)面廣泛，但是效 率有一定降低。棧是系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于進(jìn)程 / 線程是唯一的；堆是函數(shù)庫(kù)內(nèi)部數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)，不一定唯一。不同堆分配的內(nèi)存無法互相操作。?？臻g分靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài) 分配兩種。靜態(tài)分配是編譯器完成