C语言-入门-内存管理(二十)

什么是进程

程序，是经源码编译后的可执行文件，可执行文件可以多次被执行，比如我们可以多次打开 office。而进程，是程序加载到内存后开始执行，至执行结束，这样一段时间概念，多次打开的wps,每打开一次都是一个进程，当我们每关闭一个 office，则表示该进程结束。

内存空间布局

有了进程和程序的概念以后，我们再来看一下，程序被加载到内存以后内存空间布局是什么样的


总体来讲说，程序源代码被编译之后主要分成两种段：程序指令和程序数据。代码区属于存放程序指令，常量区、全局数据区、堆区、栈区属于存放程序数据。程序代码区、常量区、全局数据区在程序加载到内存后就分配好了，并且在程序运行期间一直存在，大小固定，只能等到程序运行结束后由操作系统收回。栈区、堆区在程序运行时动态开辟。堆需要手动释放

栈内存(Stack)

• 栈中存放任意类型的变量，即自动类型的局部变量， 随用随开，用完即消。
• 内存的分配和销毁系统自动完成，不需要人工干预
• 栈的最大尺寸固定，超出则引起栈溢出(局部变量过多，过大 或 递归层数太多等就会导致栈溢出)

int ages[10240*10240]; // 程序会崩溃, 栈溢出
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堆内存(Heap)

• 堆内存可以存放任意类型的数据，但需要自己申请与释放
• 大小，想像中的无穷大，但实际使用中，受限于实际内存的大小和内存是否连续性

malloc和free函数

通过malloc申请的存储空间一定要释放, 所以malloc和free函数总是成对出现
malloc函数

free函数

#include 
#include 
#include 
int main()
{
    // 1.申请1块4字节的存储空间
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
    // 2.初始化4个字节存储空间为0
    memset(p, 0, sizeof(int));
    // 3.释放申请的存储空间
    free(p);
    return 0;
}

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free()到底释放了什么? free释放的是指针指向的内存！注意！释放的是内存，不是指针！这点非常非常重要！指针是一个变量，只有程序结束时才被销毁。free释放了内存空间后，原来指向这块空间的指针还是存在！只不过现在指针指向的内容的垃圾，是未定义的，所以说是垃圾。因此释放内存后把指针指向NULL，防止指针在后面不小心又被解引用了,导致未知的问题发生。非常重要啊这一点！

在上面我们还用到一个函数memset(指针,0,数据大小) 这个函数可以说是初始化内存的“万能函数”，通常为新申请的内存进行批量初始化工作。它是直接操作内存空间，而且通常是给数组或结构体进行批量初始化。一般的变量如 char、int、float、double 等类型的变量直接*p=0初始化即可，没有必要用 memset。如果用 memset 的话反而显得麻烦

calloc函数

和malloc一样，但可以初始化内存空间为0值

#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char* argv[])
{
    // 1.申请4块,4个字节的存储空间
    int *p = calloc(4, sizeof(int));
    printf("%d",*p);
    // 3.释放申请的存储空间
    free(p);
    return 0;
}
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realloc函数

基于现有空间进行扩容或者缩小,利用这一特性可以完成数组动态扩容

注意事项:

• 若参数ptr==NULL，则该函数等同于 malloc
• 返回的指针，可能与 ptr 的值相同，也有可能不同。若相同，则说明在原空间后面申请，否则，则可能后续空间不足，重新申请的新的连续空间，原数据拷贝到新空间， 原有空间自动释放

#include 
#include 
#include 
int main()
{
    // 1.申请4个字节存储空间
    int *p = NULL;
    p = realloc(p, sizeof(int)); // 此时等同于malloc
    // 2.使用申请好的空间
    *p = 666;
    printf("*p = %i\n",  *p);
    // 3.释放空间
    free(p);

    return 0;
}

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#include 
#include 
#include 

int main()
{
    // 1.申请4个字节存储空间
    int *p = malloc(sizeof(int));
    printf("p = %p\n", p);
    // 如果能在传入存储空间地址后面扩容, 返回传入存储空间地址
    // 如果不能在传入存储空间地址后面扩容, 返回一个新的存储空间地址
    p = realloc(p, sizeof(int) * 2);
    printf("p = %p\n", p);
    // 2.使用申请好的空间
    *p = 666;
    printf("*p = %i\n",  *p);
    // 3.释放空间
    free(p);

    return 0;
}

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动态分配内存

编程时，如果您预先知道数组的大小，那么定义数组时就比较容易。例如，一个存储人名的数组，它最多容纳 100 个字符，所以您可以定义数组，如： char name[100];

但是，如果您预先不知道需要存储的文本长度，例如您想存储有关一个主题的详细描述。在这里，我们需要定义一个指针，该指针指向未定义所需内存大小的字符，后续再根据需求来分配内存，如下所示：

#include 
#include 
#include 


int main(int argc, char *argv[]) {
    char *description;
    /* 分配30字节的内存 */
    description = (char *) malloc(30 * sizeof(char));
    if (description == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
    } else {
        strcpy(description, "Zara ali a DPS student.");
    }
    /* 假设您想要存储更大的描述信息,那么我们将description内存大小进行动态调整为100字节大小 */
    description = (char *) realloc(description, 100 * sizeof(char));
    if (description == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
    } else {
        //拼接字符串
        strcat(description, "She is in class 10th");
    }

    printf("Description: %s\n", description);

    /* 使用 free() 函数释放内存 */
    free(description);
    return 0;
}

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您可以尝试一下不重新分配额外的内存，strcat() 函数会生成一个错误，因为存储 description 时可用的内存不足。

如果想看更高级的用法可以看我博客里这篇文章C语言-数据结构-单向链表

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