C语言中的内存分配与释放

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，今天突然被问道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：

//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：

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

//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。