C语言中的内存分配与释放

对C语言一直都是抱着学习的态度,很多都不懂,今天突然被问到C语言的内存分配问题,说了一些自己知道的,但感觉回答的并不完善,所以才有这篇笔记,总结一下C语言中内存分配的主要内容。

相关问题 

刚刚在一篇博文看到一个简单的问题:

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//code1
char* toStr()
{
char *s = "abcdefghijkl";
return s;
}
int main()
{
cout << toStr() << endl;
return 0;
}

//code2
char* toStr()
{
char s[] = "abcdefghijkl";
return s;
}
int main()
{
cout << toStr() << endl;
return 0;
}

两段代码都很简单,输出一段字符,类型不同,一个是char*字符串,一个是char[]数据。

结果你知道吗? 这个我确实知道,相信大部分人也都回知道,必然有一个不好使,或者两个都不好使!!!都对就没意思了~

结果:第一个正确输出,第二个输出乱码。

原因在于局部变量的作用域和内存分配的问题,第一char*是指向一个常量,作用域为函数内部,被分配在程序的常量区,直到整个程序结束才被销毁,所以在程序结束前常量还是存在的。而第二个是数组存放的,作用域为函数内部,被分配在栈中,就会在函数调用结束后被释放掉,这时你再调用,肯定就错误了。

内存分配

什么是局部变量、全局变量和静态变量?

顾名思义,局部变量就是在一个有限的范围内的变量,作用域是有限的,对于程序来说,在一个函数体内部声明的普通变量都是局部变量,局部变量会在栈上申请空间,函数结束后,申请的空间会自动释放。而全局变量是在函数体外申请的,会被存放在全局(静态区)上,知道程序结束后才会被结束,这样它的作用域就是整个程序。静态变量和全局变量的存储方式相同,在函数体内声明为static就可以使此变量像全局变量一样使用,不用担心函数结束而被释放。

相关函数:

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void *malloc(size_t size);
void free(void *p);

/*一般这样用
Struct elem *p;
p = (struct elem*)malloc(sizeof(struct elem))

void free(p)
*/

malloc原理

malloc函数的实质体现在,它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。调用malloc函数时,它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后,将该内存块一分为二(一块的大小与用户请求的大小相等,另一块的大小就是剩下的字节)。接下来,将分配给用户的那块内存传给用户,并将剩下的那块(如果有的话)返回到连接表上。调用free函数时,它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后,空闲链会被切成很多的小内存片段,如果这时用户申请一个大的内存片段,那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。于是,malloc函数请求延时,并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段,对它们进行整理,将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。如果无法获得符合要求的内存块,malloc函数会返回NULL指针,因此在调用malloc动态申请内存块时,一定要进行返回值的判断。

分类

  • 栈区(stack)—由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
  • 堆区(heap)—一般由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表
  • 全局区(静态区)(static)—全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 程序结束后由系统释放。
  • 常量区—常量字符串就是放在这里的,直到程序结束后由系统释放。上面的问题就在这里!!!
    代码区—存放函数体的二进制代码。

直接搬运的代码,确实很好!!容易理解

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//main.cpp    
int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区

main()
{
int b; //栈
char s[] = "abc"; //栈
char *p2; //栈
char *p3 = "123456"; //123456\\0在常量区,p3在栈上。
static int c =0;//全局(静态)初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);//分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); //123456\\0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

此外,还有realloc(重新分配内存)、calloc(初始化为0)、alloca(在栈上申请内存,自动释放)等。