内存管理（Linux程序设计）

内存管理

目录

内存管理

一.简单的内存分配

代码功能概述

代码流程图

变量声明

动态内存分配

内存分配错误检查

向内存写入字符串

设置退出状态并退出程序

二.请求全部的物理内存

代码功能概述

变量声明

三..可用内存

四.滥用内存

1.代码功能（预期 vs 实际）

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一.简单的内存分配

代码功能概述

1. 分配 1MB 内存：使用 malloc 动态申请一块 1MB 大小的内存空间。

2. 写入字符串：通过 sprintf 向分配的内存中写入 "Hello World\n"。

3. 输出内容：使用 printf 打印内存中的字符串。

4. 错误处理：检查内存分配是否成功，根据结果设置程序退出状态。

代码流程图

开始
├─ 分配 1MB 内存
│  ├─ 成功 → 写入 "Hello World\n" → 打印内容 → 退出状态设为成功
│  └─ 失败 → 跳过操作，保持退出状态为失败
└─ 退出程序（返回 exit_code）

#include <unistd.h>  // 包含 Unix 系统相关函数（此处未实际使用，可能为冗余包含）
#include <stdlib.h>  // 包含内存分配（malloc）、程序退出（exit）等函数
#include <stdio.h>   // 包含输入输出函数（printf、sprintf）#define A_MEGABYTE (1024 * 1024)  //宏定义，1MBint main() {char *some_memory;       // 用于存储动态分配的内存指针int  megabyte = A_MEGABYTE;  // 内存大小（1MB）int exit_code = EXIT_FAILURE;  // 程序退出状态（初始为失败状态）some_memory = (char *)malloc(megabyte);if (some_memory != NULL) {sprintf(some_memory, "Hello World\n");printf("%s", some_memory);exit_code = EXIT_SUCCESS;}exit(exit_code);
}

变量声明

• some_memory：指向 char 类型的指针，用于接收 malloc 返回的内存地址。

• megabyte：将宏定义的值赋给变量，方便后续使用（实际可直接用 A_MEGABYTE）。

• exit_code：使用 EXIT_FAILURE（通常为 1）初始化，表示程序默认以失败状态退出，后续根据内存分配结果修改。

动态内存分配

• malloc 函数：分配 megabyte 字节的内存空间，返回指向该内存起始地址的指针（void），需强制类型转换为 char

• 返回值：若分配成功，返回非 NULL 指针；若失败（如内存不足），返回 NULL。

内存分配错误检查

• 必须检查 malloc 的返回值！若忽略此步骤，后续对 NULL 指针的解引用会导致程序崩溃（未定义行为）。

• 若分配失败，直接跳过 if 代码块，保持 exit_code = EXIT_FAILURE，程序以失败状态退出。

向内存写入字符串

sprintf(some_memory, "Hello World\n");

• sprintf 函数：将格式化字符串写入指定内存缓冲区（而非标准输出）。

• 此处作用：将 "Hello World\n" 写入 some_memory 指向的内存起始位置。

• 注意：虽然分配了 1MB 内存，但字符串仅占用 12 字节（"Hello World\n" 共 11 个字符 + 1 个 \0 终止符），剩余内存未使用（但仍被分配）。

• sprintf 会自动添加 \0

设置退出状态并退出程序

exit_code = EXIT_SUCCESS;  // 若内存分配和写入成功，设置退出状态为成功（0）
exit(exit_code);           // 终止程序，返回状态码给操作系统

• EXIT_SUCCESS 是 stdlib.h 定义的宏（通常为 0），表示程序正常结束。

• exit 函数会清理资源（如缓冲区），并将 exit_code 返回给父进程（如 shell）

二.请求全部的物理内存

代码功能概述

1. 目标：循环分配 1MB 大小的内存块，直到累计分配的内存达到 PHY_MEM_MEGS * 2 MB（当前配置为 256MB）。

2. 操作：每次分配成功后，向内存块写入固定字符串 Hello World，并打印已分配的内存总量。

3. 终止条件：当内存分配失败（如系统内存不足）或达到目标总量时终止程序。

#include <unistd.h>  // 包含 Unix 系统相关函数（此处未实际使用，可能为冗余）
#include <stdlib.h>  // 包含内存分配（malloc）、程序退出（exit）等函数
#include <stdio.h>   // 包含输入输出函数（printf、sprintf）#define A_MEGABYTE (1024 * 1024)       // 定义 1MB 大小（1024×1024 字节）
#define PHY_MEM_MEGS    128  // 预设的物理内存大小（单位：MB），实际分配其 2 倍（256MB）int main()
{char *some_memory;          // 存储每次分配的内存块指针size_t  size_to_allocate = A_MEGABYTE;  // 每次分配的大小（1MB）int  megs_obtained = 0;     // 已分配的内存总量（单位：MB）while (megs_obtained < (PHY_MEM_MEGS * 2)) {//malloc 函数：分配 size_to_allocate 字节的内存空间，返回指向该内存起始地址的指针some_memory = (char *)malloc(size_to_allocate);  // 分配 1MB 内存if (some_memory != NULL) {                       // 分配成功megs_obtained++;                             // 累计块数 +1sprintf(some_memory, "Hello World");          // 向内存块写入固定字符串printf("%s - now allocated %d Megabytes\n", some_memory, megs_obtained);} else {                                         // 分配失败（如内存不足）exit(EXIT_FAILURE);                           // 终止程序，返回错误状态}
}exit(EXIT_SUCCESS);
}

变量声明

char *some_memory;          // 存储每次分配的内存块指针
size_t  size_to_allocate = A_MEGABYTE;  // 每次分配的大小（1MB）
int  megs_obtained = 0;     // 已分配的内存总量（单位：MB）

• size_to_allocate 使用 size_t 类型（无符号整数），符合 malloc 参数要求，避免溢出风险。

• megs_obtained 记录累计分配的 1MB 块数，达到 PHY_MEM_MEGS * 2 时停止。

内存分配循环

关键逻辑：

• 循环条件：（因 ，2 倍即 256MB）。megs_obtained < 256PHY_MEM_MEGS=128

• 单次分配：

   malloc(size_to_allocate) 申请 1MB 内存，返回指向该内存的指针。

若返回 ，说明内存分配失败（如系统剩余内存不足），程序直接退出。NULL

• 成功处理：

  megs_obtained++：累计已分配的 1MB 块数。

  sprintf：向分配的内存块写入字符串 （仅占用 12 字节，剩余 1MB-12 字节未使用）。

  printf：打印内存块中的字符串和当前已分配的总内存（以 MB 为单位）。

三..可用内存

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>#define ONE_K (1024)int main() {char *some_memory;       // 存储单次分配的内存块指针int  size_to_allocate = ONE_K;  // 每次分配的大小：1KBint  megs_obtained = 0;    // 已分配的内存总量（单位：MB）int  ks_obtained = 0;     // 内层循环中已分配的 1KB 块数while (1) {  // 无限循环，直到手动终止或内存不足for (ks_obtained = 0; ks_obtained < 1024; ks_obtained++) {// 分配 1KB 内存some_memory = (char *)malloc(size_to_allocate);if (some_memory == NULL) exit(EXIT_FAILURE);  // 分配失败则退出sprintf(some_memory, "Hello World");  // 向内存块写入固定字符串（12 字节）}megs_obtained++;  // 累计分配 1MBprintf("Now allocated %d Megabytes\n", megs_obtained);  // 打印已分配的 MB 数
}exit(EXIT_SUCCESS);
}

四.滥用内存

1.代码功能（预期 vs 实际）

预期功能（推测）：

 分配 1KB 内存，逐个字节写入 （空字符），理论上初始化内存区域为全零。'\0'

• 实际行为：

  无限循环：没有终止条件，指针会超出分配的内存范围，导致 未定义行为（如缓冲区溢出、段错误）。

• #include <unistd.h>
  #include <stdlib.h>#define ONE_K (1024)int main() {//内存分配char *some_memory;char *scan_ptr;some_memory = (char *)malloc(ONE_K);if (some_memory == NULL) exit(EXIT_FAILURE);scan_ptr = some_memory;while(1) {*scan_ptr = '\0';scan_ptr++;}exit(EXIT_SUCCESS);
  }