三、重学C++—C语言内存管理

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本章节代码：

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cMemory.c

一、引言

在 C 语言的编程世界里，内存管理是基石般的存在。想象一下，内存就如同一个巨大的仓库，程序中的各种数据都存放在这个仓库的不同区域。合理地管理内存，就像是巧妙地安排仓库中的货物摆放，能让程序高效、稳定地运行。接下来，我们就深入探究 C 语言中内存的分区和管理。

二、内存分区

C 语言程序运行时，内存主要分为 栈区、堆区、全局区（静态区）、常量区和代码区。

• 栈区（Stack）：这就像一个自动整理的书架，函数调用时，局部变量、参数等会像书一样依次被放到书架上（入栈）；函数执行完，这些书又会按照相反的顺序被拿走（出栈），操作系统会自动管理这个书架，速度非常快；

• 堆区（Heap）：类似于一个自由市场，程序员可以根据需要在这里租摊位（申请内存），用完后再把摊位还回去（释放内存）。但这个市场比较自由，管理起来需要程序员自己多操心。

• 全局区（静态区，Global/Static）：可以看作是一个公共仓库，全局变量和静态变量都存放在这里。这个仓库又分为两个区域，一个放已经初始化的货物（已初始化全局区），另一个放还没准备好的货物（未初始化全局区，BSS）。

• 常量区（Constant）：如同一个保险箱，里面存放着常量字符串等不可修改的数据。一旦数据放进去，就不能再改变，保证了数据的安全性。

• 代码区（Code）：相当于程序的剧本，存放着程序的二进制代码，也就是编译后的机器指令。这个剧本是只读的，防止在演出过程中被意外修改。

三、可执行文件的内存划分

Text段，Date段，Bss段

四、堆与栈的区别

1、申请方式

• 栈：栈内存由操作系统自动分配和释放。当函数被调用时，操作系统会自动为函数的局部变量和参数分配栈空间；函数返回时，这些空间会自动释放。
• 堆：堆内存需要程序员手动申请和释放。使用malloc、calloc、realloc等函数来申请堆内存，使用free函数来释放， C++里面是用new / delete，申请释放。

2、申请响应效率对比

• 栈：栈的申请和释放速度非常快，因为操作系统只需要移动栈指针就可以完成操作，就像在书架上快速地拿放书一样。
• 堆：堆的申请和释放相对较慢，因为需要操作系统进行复杂的内存管理操作，比如寻找合适的空闲内存块等，就像在自由市场中找合适的摊位一样。

3、存储效率对比

• 栈：栈内存的存储效率高，因为数据的访问是连续的，符合计算机的缓存机制，能提高数据的读取速度。
• 堆：堆内存的存储效率相对较低，因为频繁的申请和释放会导致内存碎片化，使得内存空间不能被充分利用。

4、异常情况列举，以及如何避免

• 栈溢出：当栈空间被耗尽时，就会发生栈溢出错误。常见原因是递归调用过深或者局部变量占用空间过大。避免方法是控制递归深度，合理使用局部变量。
• 内存泄漏：在堆内存管理中，如果忘记释放已经申请的内存，就会造成内存泄漏。避免方法是在使用完堆内存后，及时调用free函数释放。

实例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 全局变量，存放在全局区
int global_var = 10;// 未初始化的全局变量，存放在BSS区
int global_var_uninit;// 静态变量，存放在全局区
static int static_var = 20;// 未初始化的静态变量，存放在BSS区
static int static_var_uninit;void func() {// 局部变量，存放在栈区int local_var = 30;printf("局部变量: %d\n", local_var);
}int main() {// 局部变量，存放在栈区int local_var = 40;// 动态分配的内存，存放在堆区int *heap_var = (int *)malloc(sizeof(int));if (heap_var != NULL) {*heap_var = 50;}// 常量字符串，存放在常量区const char *const_str = "Hello, World!";printf("全局变量: %d\n", global_var);printf("未初始化的全局变量: %d\n", global_var_uninit);printf("静态变量: %d\n", static_var);printf("未初始化的静态变量: %d\n", static_var_uninit);printf("局部变量: %d\n", local_var);if (heap_var != NULL) {printf("堆区动态分配变量: %d\n", *heap_var);// 释放堆区内存，避免内存泄漏free(heap_var);}printf("常量字符串: %s\n", const_str);// 调用函数，观察栈区局部变量func();return 0;
}

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