C语言 内存

内存分配

内存分配的类型

C/C++中内存分为5个区，分别为栈区、堆区、全局/静态存储区、常量存储区、代码区

静态内存分配：编译时分配，包括全局、静态全局、静态局部三种变量。

动态内存分配：运行时分配，包括栈（局部变量），堆（c语言中用到的变量被动态的分配在内存中）。

变量的内存分配

栈区

介绍

• 栈区由编译器自动分配释放，由操作系统自动管理，无须手动管理。
• 栈区上的内容只在函数范围内存在，当函数运行结束，这些内容也会自动被销毁。
• 栈区按内存地址由高到低方向生长，其最大大小由编译时确定，速度快，但自由性差，最大空间不大。
• 栈区是先进后出原则，即先进去的被堵在屋里的最里面，后进去的在门口，释放的时候门口的先出去。

存放内容

• 临时创建的局部变量和const定义的局部变量存放在栈区。
• 函数调用和返回时，其入口参数和返回值存放在栈区。

堆区

介绍

• 堆区由程序员分配内存和释放。
• 堆区按内存地址由低到高方向生长，其大小由系统内存/虚拟内存上限决定，速度较慢，但自由性大，可用空间大。

全局/静态区

• 通常是用于那些在编译期间就能确定存储大小的变量的存储区，但它用于的是在整个程序运行期间都可见的全局变量和静态变量。
• 全局区有 .bss段 和 .data段组成，可读可写。

.bss段

• 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量存放在 .bss 段。
• 初始化为 0 的全局变量和初始化为0的静态变量存放在 .bss 段。
• .bss 段不占用可执行文件空间，其内容由操作系统初始化。

.data段

• 已初始化的全局变量存放在 .data 段。
• 已初始化的静态变量存放在 .data 段。
• .data 段占用可执行文件空间，其内容有程序初始化。

常量区

• 字符串、数字等常量存放在常量区。
• const修饰的全局变量存放在常量区。
• 程序运行期间，常量区的内容不可以被修改。

代码区

• 程序执行代码存放在代码区，其值不能修改（若修改则会出现错误）。
• 字符串常量和define定义的常量也有可能存放在代码区。

栈区和堆区的比较

申请方式

栈由编译器管理，堆的分配和释放由程序员管理。

申请大小

栈是向低地址生长的数据结构，是一块连续的内存，能从栈中获得的内存较小，编译期间确定大小；堆是向高地址生长的数据结构，是一个不连续的储存空间，内存获取比较灵活，也较大。

栈与堆中的储存内容

栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中的最后一条指令的地址，然后是函数的各个参数，在大多 数的c编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量（静态变量是不入栈的），当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点开始运行；

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小，堆中的具体内容由程序员安排。

动态内存分配

malloc 函数

头文件

stdlib.h或malloc.h

函数原型

void* malloc(int size)

功能

分配长度为 size 字节的内存块

参数

只有一个参数，并且是整型

返回值

分配成功返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针 NULL

返回值类型 void* ，在 C 语言中，void* 可以不经转换直接赋值给任何类型的指针变量（函数指针变量除外）

calloc 函数

头文件

stdlib.h或malloc.h

函数原型

void* calloc(int n,int size)

功能

分配 n 个长度为 size 字节的连续空间

返回值

分配成功返回指向分配起始地址的指针，否则返回空指针 NULL

realloc 函数

头文件

stdlib.h或malloc.h

函数原型

void* realloc(void* mem_address,int newsize)

功能

1.为已有内存的变量重新分配新的内存空间(可大、可小) ;

2.先判断当前的指针是否有足够的连续空间，如果有，扩大 mem_address 指向的地址，并且将 mem_ address 返回；

3.如果空间不够，先按照newsize指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来 mem_address 所指内存区域（注意：原来指针是自动释放，不需要使用 free），同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。

返回值

分配成功返回 mem_address 所指的内存区域，否则返回空指针 NULL

free 函数

动态分配的内存空间由程序员手动编程释放。

C 语言中，free 和 malloc、calloc、realloc 是成对出现的，有多少个 malloc，就应该有多少个 free 。

若 malloc、calloc、realloc 的个数比 free 多，会造成内存泄漏；若 malloc、calloc、realloc 的个数比 free 少，会造成二次删除，破坏内存，导致程序崩溃。

头文件

stdlib.h

函数声明

void free(void* ptr)

功能

释放之前调用 calloc、malloc 或 realloc 所分配的内存空间

参数

指针指向一个要释放内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果传递的参数是一个空指针，则不会执行任何动作。

返回值

不返回任何值