【嵌入式学习2】内存管理

## C语言编译过程

• 预处理：宏定义展开、头文件展开、条件编译，这里并不会检查语法，将#include #define这些头文件内容插入到源码中

gcc -E main.c -o main.i

• 编译：检查语法，将预处理后文件编译生成汇编文件，将预处理阶段的源代码转换为汇编语言

gcc -S main.i -o main.s

• 汇编：将汇编文件生成目标文件（二进制文件），将汇编语言转换为机器代码生成目标文件

gcc -c main.s -o main.o

• 链接：将目标文件链接为可执行程序，将多个目标文件和库文件链接在一起

gcc main.o -o main

## 进程的内存分布

• 程序运行起来(没有结束前)就是一个进程
• 对于C语言而言，内存空间主要由五个部分组成：代码区(text)、数据区(data)、未初始化数据区(bss)，堆(heap) 和 栈(stack) ，有些人会把data和bss合起来叫做静态区或全局区

区域	加载内容	注意
代码区	可执行文件代码段	这块内存是不可以在运行期间修改的
未初始化数据区	可执行文件BSS段	存储在该区的数据生存周期为整个程序运行过程
全局初始化数据区/静态数据区	可执行文件数据段	存储在该区的数据生存周期为整个程序运行过程
堆区	动态内存分配，位于BSS和栈之间	由程序员分配和释放，程序员不释放程序结束时由操作系统回收
栈区	函数的参数值、返回值、局部变量等	由编译器自动分配释放，在程序运行过程中实时加载和释放

## 堆区内存使用

1、malloc

#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
功能：在内存的动态存储区(堆区)中分配一块长度为size字节的连续区域，用来存放类型说明符指定的类型。分配的内存空间内容不确定。
参数：size：需要分配内存大小(单位：字节)
返回值：成功：分配空间的起始地址失败：NULL

2、free

#include <stdlib.h>
void free(void *ptr);
功能：释放ptr所指向的一块内存空间，ptr是一个任意类型的指针变量，指向被释放区域的首地址。对同一内存空间多次释放会出错。
参数：ptr：需要释放空间的首地址，被释放区应是由malloc函数所分配的区域。
返回值：无

例子：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>int main() {int i, *arr, n;printf("请输入要申请数组的个数: ");scanf("%d", &n);// 堆区申请 n * sizeof(int) 空间，等价int arr[n]arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));if (arr == NULL) { // 如果申请失败，提前中断函数printf("申请空间失败!\n");return -1;}for (i = 0; i < n; i++){// 给数组赋值arr[i] = i;}for (i = 0; i < n; i++) {// 输出数组每个元素的值printf("%d, ", *(arr+i));}// 释放堆区空间free(arr);return 0;
}

## 内存分布代码分析

类型	存储位置	生命周期	初始值
普通局部变量	栈区	函数执行完毕后销毁	每次函数调用都会被初始化初始值不确定
静态局部变量	静态存储区	整个程序运行时间，函数运行结束仍保留	第一次函数调用时被初始化直到程序结束

#include <stdio.h>void normal_func() {int i = 0;i++;printf("局部变量 i = %d\n", i);
}void static_func() {static int j = 0;j++;printf("static局部变量 j = %d\n", j);
}int main() {// 调用3次normal_func()normal_func();normal_func();normal_func();// 调用3次static_func()static_func();static_func();static_func();return 0;
}

运行结果：

局部变量 i = 1
局部变量 i = 1
局部变量 i = 1
static局部变量 j = 1
static局部变量 j = 2
static局部变量 j = 3

返回堆区地址：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int *func() {int *tmp = NULL;// 堆区申请空间tmp = (int *)malloc(sizeof(int));*tmp = 100;return tmp; // 返回堆区地址，函数调用完毕，不释放
}int main() {int *p = NULL;p = func();printf("*p = %d\n", *p); // ok// 堆区空间，使用完毕，手动释放if (p != NULL) {free(p);p = NULL;}return 0;
}

• 在func函数中，通过malloc在堆区动态分配了一个int类型的内存空间，并将其地址赋值给指针tmp。
• 将值100存储到分配的内存中。
• 返回指向堆区内存的指针tmp。由于堆区内存是在程序运行时动态分配的，它不会在函数返回时自动释放，因此返回的指针是有效的

• 在main函数中，调用func函数并将返回的指针赋值给p。
• 通过printf输出*p的值，此时*p指向的内存是有效的，因此可以正常输出100。
• 使用free函数释放动态分配的内存，避免内存泄漏。
• 将p设置为NULL，这是一个良好的编程习惯，可以避免后续误用已释放的指针。

## 如何修复野指针

错误代码：
#include <stdio.h>int main() {int *ptr;int num = 10;*ptr = num;printf("Value: %d\n", *ptr);return 0;
}

修改代码：
#include <stdio.h>int main() {int *ptr = NULL;int num = 10;ptr = &num;printf("Value: %d\n", *ptr);return 0;
}

## 接受一个整数作为参数，计算并返回它的阶乘值

void hanshu(int a)
{   int sum = 1;while(a){sum *= a;a--;}printf("a的阶乘是: %d",sum);
}
int main()
{int a;printf("请输入一个整数：");scanf("%d",&a);hanshu(a);return 0;
}

## 定义一个整型变量和一个指向该变量的指针，并将指针指向变量的地址，通过2种方式打印整型变量的内容

int main() {
int a =250;
int* p1 = &a; 
printf("a-address: %p\n",&a);
printf("a-address: %p\n",p1);return 0;
}

## 定义一个整型变量，初始值为100，通过某个函数修改改变量的内容为123

#include <stdio.h>void func(int* p){*p = 123;
}int main() {int a = 100;printf("a = %d\n",a);func(&a);printf("a = %d\n",a);    
return 0;
}