內存分配

 

內存分配

 內存分配的基本概念

數據保存

 

　　(1) 寄存器。這是最快的保存區域，因爲它位於和其他所有保存方式不同的地方：處理器內部。然而，寄存器的數量十分有限，所以寄存器是根據需要由編譯器分配。我們對此沒有直接的控制權，也不可能在自己的程序裏找到寄存器存在的任何蹤跡。

 

　　(2) 堆棧。駐留於常規RAM（隨機訪問存儲器）區域，但可通過它的“堆棧指針”獲得處理的直接支持。堆棧指針若向下移，會創建新的內存；若向上移，則會釋放那 些內存。這是一種特別快、特別有效的數據保存方式，僅次於寄存器。

 

　　(3) 堆。一種常規用途的內存池（也在RAM區域）， “內存堆”或“堆”（Heap）最吸引人的地方在於編譯器不必知道要 從堆裏分配多少存儲空間，也不必知道存儲的數據要在堆裏停留多長的時間。因此，用堆保存數據時會得到更大的靈活性。要求創建一個對象時，只需用new命令 編制相關的代碼即可。執行這些代碼時，會在堆裏自動進行數據的保存。當然，爲達到這種靈活性，必然會付出一定的代價：在堆裏分配存儲空間時會花掉更長的時 間！

 

　　(4) 靜態存儲。這兒的“靜態”（Static）是指“位於固定位置”（儘管也在RAM裏）。程序運行期間，靜態存儲的數據將隨時等候調用。可用static關鍵字指出一個對象的特定元素是靜態的。　　(5) 常數存儲。常數值通常直接置於程序代碼內部。這樣做是安全的，因爲它們永遠都不會改變。有的常數需要嚴格地保護，所以可考慮將它們置入只讀存儲器（ROM）。

(6) 非RAM存儲。若數據完全獨立於一個程序之外，則程序不運行時仍可存在，並在程序的控制範圍之外。其中兩個最主要的例子便是“流式對象”和“固定對象”。 對於流式對象，對象會變成字節流，通常會發給另一臺機器。而對於固定對象，對象保存在磁盤中。即使程序中止運行，它們仍可保持自己的狀態不變。對於這些類 型的數據存儲，一個特別有用的技巧就是它們能存在於其他媒體中。一旦需要，甚至能將它們恢復成普通的、基於RAM的對象。

 

 內存分配方式

一是：從靜態存儲區域分配，這部分內存在程序編譯的時候 就分配完成，存在於程序的整個運行過程中，例如全局變量

二是：在棧上創建，函數執行時候，函數的局部存儲單元吧  都在棧上創建，函數執行結束時候，這些存儲單元被自動釋放，棧內存分配算法內置於處理機指令集中，效率相當高，但是容量有限，一般最大1M（相對於32位系統）。

三是：在堆內存上面創建，在堆內存上面分配內存也就是我們常說的動態內存分配，利用malloc創建任意大小（32位的系統堆內存大小一般爲4G）的內存空間，用完之後，再利用free將其釋放，這裏的創建和釋放都是需要我們程序員自己來完成的，動態內存分配方便、靈活，但是問題也不少（如果你操作的不好），而且效率也遠遠低於棧內存。

 

堆和棧的區別

 

管理方式：

 

對於棧來說，都有編譯器自動管理，無需我們程序員手工控制；而對於堆來說，內存空間的創建和釋放都是由我們程序員自己手工控制的，容易memory  leak

空間大小不同：

對於棧來說，一般編譯器默認的棧空間大小都爲1M，當然這個大小可以調節。而對於堆來說，不誇張地說有無限大，對於32位的操作系統來說，堆內存空間足有4G，要是再算上虛擬的，那就更多了，這麼大對於一個程序所需的內存來說是足夠大的了。

 

碎片問題：

堆內存容易產生內存碎片，而棧內存則不會，比如我們連續的分配5M的堆內存，分配了三個。接下來在程序的運行中我們又釋放了中間的5M堆內存，那麼接下來在分配堆內存時候，只要是大於5M，那麼剛纔釋放的那塊堆內存就不再會被用上。而棧之所以不會出現這種問題，是因爲棧是一個有規則的結構，有嚴格的進棧和出棧的規定，因此不會出現中間空間卻先被釋放的情況。

 

生長方向不同：

所謂生長方向就是說分配的內存是向着地址增長的方向，還是向着地址減小的方向。堆內是

屬於前者，而棧內存是屬於後者的。

 

               

 

分配方式不同：

 堆都是動態分配的，沒有靜態分配的堆內存；而棧則不同，它既有動態分配的，也有靜態

分配的。也許有人會問棧也有動態分配的？是的，有，但不常用。我們瞭解一下就行了，還

有棧的動態分配和堆的動態分配是不同的，棧動態分配後的內存由編譯器自己釋放，而堆是

由程序員釋放。

 

 

分配效率：

 我們前面也講過，棧內存的分配運算是由計算機底層支持的，具有專門的指令來處理棧的

問題，這就決定了棧的高效率。而堆不同，堆是由編程語言的函數庫提供的，實現機制相當

複雜，效率遠遠低於棧。

 

 

 常見的內存錯誤

內存錯誤一：內存分配沒有成功，卻使用了它

解決辦法：在使用之前檢查是否爲空

 

                 

內存錯誤二：內存雖然分配成功了，但是尚未初始化就用了，犯這個錯誤的原因在於一方面

沒有初始化的意識，另外誤以爲系統會將其初始化爲0，其實默認缺省值是什麼，沒有標準。

 解決辦法：記住初始化，不要嫌麻煩

 

              

內存錯誤三：內存分配成功，並且也初始化了，但是操作越界了

解決辦法：這個問題，我看只有我們細心避免了

 

內存錯誤四：忘記釋放內存，造成內存泄露

解決辦法：記住一旦分配堆內存就一定記得釋放

內存錯誤五：釋放了的內存，卻還使用，這個問題主要是因爲沒有即使的將指針賦空而導致

野指針的產生。還有指針指向的是子函數局部的棧內存，這部分內存，子函數結束時候就被

銷燬了。

解決辦法：內存一旦釋放，立刻將指針賦NULL，函數不能返回棧內存的指針。

 

內存分配規則

【規則一】 用malloc申請堆內存空間後，立即檢查是否爲空，以防止引用指針值爲空的內存

【規則二】 不要忘記爲數組和動態分配的內存空間賦初值，防止沒有被初始化的內存做了右值

【規則三】 避免數組或者指針的下標越界，特別注意多1和少1的操作

【規則四】 動態內存的申請和釋放務必要配對，以防止內存的泄露。

【規則五】 利用free釋放堆內存之後，立即將指針賦NULL，以防止野指針的產生。

 

 

9.2 內存分配函數

這裏主要講述的堆內存的動態分配和釋放，這些都是需要我們程序員自己動手完成的，功能強大的同時，也帶來了很多容易犯的錯誤，所以大家在使用動態分配內存的時候，需要特別謹慎注意。

malloc函數

malloc函數的實質體現在，它有一個將可用的內存塊連接爲一個長長的列表的所謂空閒鏈表。調用malloc函數時，它沿連接表尋找一個大到足以滿足用 戶請求所需要的內存塊。然後，將該內存塊一分爲二（一塊的大小與用戶請求的大小相等，另一塊的大小就是剩下的字節）。接下來，將分配給用戶的那塊內存傳給 用戶，並將剩下的那塊（如果有的話）返回到連接表上。調用free函數時，它將用戶釋放的內存塊連接到空閒鏈上。到最後，空閒鏈會被切成很多的小內存片 段，如果這時用戶申請一個大的內存片段，那麼空閒鏈上可能沒有可以滿足用戶要求的片段了。於是，malloc函數請求延時，並開始在空閒鏈上翻箱倒櫃地檢 查各內存片段，對它們進行整理，將相鄰的小空閒塊合併成較大的內存塊。如果無法獲得符合要求的內存塊，malloc函數會返回NULL指針，因此在調用 malloc動態申請內存塊時，一定要進行返回值的判斷。

 

一般形式：

指針變量 = （強制轉換）malloc(字節數);

如：int* p = (int *) malloc ( sizeof(int) * 100 );

當然也可以寫成：int *p;

                P =  (int *) malloc ( sizeof(int) * 100 );

注意：在C語言中使用malloc時，必須導入malloc.h頭文件。

 

calloc函數

 

calloc是一個C語言函數

 

函數名: calloc

 

功 能: 在內存的動態存儲區中分配n個長度爲size的連續空間，函數返回一個指向分配起始地址的指針；如果分配不成功，返回NULL。

 

跟malloc的區別：

　　calloc在動態分配完內存後，自動初始化該內存空間爲零，而malloc不初始化，裏邊數據是隨機的垃圾數據。

一般形式：指針變量 = （強制轉換）malloc(單位，字節數);

例如：

char *str;

str = (char*)calloc(10, sizeof(char));

注意使用時需加頭文件：stdlib.h或malloc.h

 

realloc函數

 

　  原型：extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);

 

　　語法：指針名=（數據類型*）realloc（要改變內存大小的指針名，新的大小）。

　　頭文件：#include <stdlib.h

> 有些編譯器需要#include <alloc.h>，在TC2.0中可以使用alloc.h頭文件

 

　　功能：先按照newsize指定的大小分配空間，將原有數據從頭到尾拷貝到新分配的內存區域，而後釋放原來mem_address所指內存區域，同時返回新分配的內存區域的首地址。即重新分配存儲器塊的地址。

 

　　返回值：如果重新分配成功則返回指向被分配內存的指針，否則返回空指針NULL。　

注意：這裏原始內存中的數據還是保持不變的。當內存不再使用時，應使用free()函數將內存塊釋放。

例如：

int *pn=(int *)malloc(5*sizeof(int));

……

…….

pn=(int *)realloc(pn,10*sizeof(int));

 

free函數

分配的堆內存，使用結束後一定要釋放，而且釋放後還必須將其賦空，防止野指針的產生。

 

原型: void free(void *ptr)

 

　　功 能: 釋放已分配的塊

 

　　程序例:

 

　　#include <string.h>

 

　　#include <stdio.h>#include <malloc.h>

 

　　int main(void)

 

　　{

 

　　char *str;

 

　　/* allocate memory for string */

 

　　str = (char *)malloc(10);

 

　　/* copy "Hello" to string */

 

　　strcpy(str, "Hello");

 

　　/* display string */

 

　　printf("String is %s\n", str);

 

　　/* free memory */

free(str);

str = NULL;

 

　　return 0;

}

 

 內存分配實例

大家是不是感覺長篇的理論看着頭痛了，那麼下面我們要說的知識點：指針參數如何傳遞內

 

存的？我們就不說許多了，我們來通過小例子來探討.

 

 

 

Analysis：

我們前面見過類似的問題，p傳入函數getMomery()後，會生成一個副本p1，我們分配的內存空間給了p1,而p卻沒有。所以p任然是NULL，所以結果段錯誤。

 

 

 

 

 

Analysis：

我們還像上面一樣分析，&p傳入函數getMomery()後，會複製一個副本，我們稱之爲A，A = &p;那麼我們改變*A自然就是在改變p，所以我們給*A分配了內存空間，那麼p也就分得了內存空間，其實還有一種方法也可以達到這種效果，就是利用返回值，如果你感興趣希望你自己實現以下，很多人都是從返回值的方法，慢慢過度到二級指針的。