• C 语言编程 — 堆栈与内存管理


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    栈(Stack)和堆(Heap)

    C 语言的设计者把内存简单粗暴地想象成一个巨大的字节(Byte)数组。事实上,它被更加合理地划分成了两部分,即栈和堆。实际上,它们只是内存中的两块不同的区域,分别用来完成不同的任务而已。

    栈是程序赖以生存的地方,所有的临时变量和数据结构都保存于其中,供你读取及编辑。每次调用一个新的函数,就会有一块新的栈区压入,并在其中存放函数内的临时变量、传入的实参的拷贝以及其它的一些信息。当函数运行完毕,这块栈区就会被弹出并回收,供其他函数使用。

    我喜欢把栈想象成一个建筑工地。每次需要干点新事情的时候,我们就圈出一块地方来,放工具、原料,并在这里工作。如果需要的话,我们也可以到工地的其他地方,甚至是离开工地。但是我们所有的工作都是在自己的地方完成的。一旦工作完成,我们就把工作成果转移到新的地方,并把现在工作的地方清理干净。

    堆占据另一部分内存,主要用来存放长生命周期期的数据。堆中的数据必须手动申请和释放

    申请内存使用 malloc 函数。这个函数接受一个数字作为要申请的字节数,返回申请好的内存块的指针。当使用完毕申请的内存,我们还需要将其释放,只要将 malloc 函数返回的指针传给 free 函数即可。

    堆比栈的使用难度要大一些,因为它要求程序员手动调用 free 函数释放内存,而且还要正确调用。如果不释放,程序就有可能不断申请新的内存,而不释放旧的,导致内存越用越多。这也被称为内存泄漏。避免这种情况发生的一个简单有效的办法就是,针对每一个 malloc 函数调用,都有且只有一个 free 函数与之对应。这某种程度上就能保证程序能正确处理堆内存的使用。

    我把堆想象成一个自助存储仓库,我们使用 malloc 函数申请存储空间。我们可以在自主存储仓库和建筑工地之间自由存取。它非常适合用来存放大件的偶尔才用一次的物件。唯一的问题就是在用完之后要记得使用 free 函数将空间归还。

    内存管理

    C 语言为内存的分配和管理提供了几个标准函数。这些函数可以在 stdlib.h 头文件中找到。
    在这里插入图片描述
    注:void *类型表示未确定类型的指针。C、C++ 规定 void * 类型可以通过强制类型转换为任何其它类型的指针。

    动态分配内存

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    
    int main() {
        char name[100];
        /* 定义字符指针类型变量 */
        char *description;
    
        strcpy(name, "Zara Ali");
        /* 
            分配内存,内存大小为 200 个字符长度(8 Bit)。
            函数调用返回内存的指针(地址)并强制类型转换为字符指针类型。
        */
        description = (char *)malloc(200 * sizeof(char));
    
        if (description == NULL) {
            fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory
    ");
        }
        else {
            strcpy(description, "Zara ali a DPS student in class 10th");
        }
        printf("Name = %s
    ", name);
        printf("Description: %s
    ", description);
        return 0;
    }
    

    运行:

    $ ./main
    Name = Zara Ali
    Description: Zara ali a DPS student in class 10th
    

    上面的程序也可以使用 calloc() 函数来编写,只需要把 malloc 替换为 calloc 即可:

    calloc(200, sizeof(char));
    

    当动态分配内存时,程序有完全控制权,可以传递任何大小的值。不同的是,那些预先定义了大小的数组,一旦定义则无法改变大小。

    重新调整内存的大小和释放内存

    当程序退出时,操作系统会自动释放所有分配给程序的内存,但是主动释放内存是一个良好的编程习惯。

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    
    int main() {
        char name[100];
        char *description;
    
        strcpy(name, "Zara Ali");
    
        /* 
            分配内存,内存大小为 200 个字符长度(8 Bit)。
            函数调用返回内存的指针(地址)并强制类型转换为字符指针类型。
        */
        description = (char *)malloc(200 * sizeof(char));
    
        if (description == NULL) {
            fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory
    ");
        }
        else {
            strcpy(description, "Zara ali a DPS student in class 10th
    ");
        }
    
        /* 
            扩展分配内存,内存大小为 100 个字符长度(8 Bit)。
            函数调用返回内存的指针(地址)并强制类型转换为字符指针类型。
        */
        description = (char *)realloc(description, 100 * sizeof(char));
    
        if (description == NULL) {
            fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory
    ");
        }
        else {
            strcat(description, "She is in class 10th
    ");
        }
    
        printf("Name = %s
    ", name);
        printf("Description: %s
    ", description);
    
        /* 释放内存 */
        free(description);
        return 0;
    }
    

    运行:

    $ ./main
    Name = Zara Ali
    Description: Zara ali a DPS student in class 10th
    She is in class 10th
    
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/jmilkfan-fanguiju/p/12789716.html
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