C語言內存

一.幾個概念

全局變量(外部變量):出現在代碼塊{}之外的變量就是全局變量。
局部變量(自動變量):一般情況下,代碼塊{}內部定義的變量就是自動變量,也可使用auto顯示定義。
靜態變量:是指內存位置在程序執行期間一直不改變的變量,用關鍵字static修飾。代碼塊內部的靜態變量只能被這個代碼塊內部訪問,代碼塊外部的靜態變量只能被定義這個變量的文件訪問。

二.內存四區

代碼區------程序被操作系統加載到內存的時候,所有的可執行代碼(程序代碼指令、常量字符串等)都加載到代碼區,這塊內存在程序運行期間是不變的。代碼區是平行的。函數也是代碼的一部分,故函數都被放在代碼區,包括main函數。

靜態區------全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域, 未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。 - 程序結束後有系統釋放

棧區---------棧(stack)是一種先進後出的內存結構,由編譯器自動分配內存。存放函數的參數值,局部變量的值等。棧區在程序運行期間是可以隨時修改的。當一個自動變量超出其作用域時,自動從棧中彈出。
每個線程都有自己專屬的棧;
棧是從高地址向低地址方向增長,其最大尺寸固定,超出則引起棧溢出;
變量離開作用域後棧上的內存會自動釋放。
使用棧來實現的局部變量定義時未初始化,則變量值是隨機數。
語句int a=15;C語言在編譯時會轉成
int a;
a=15;
不能將一個棧變量的地址通過函數的返回值返回

堆區------堆(heap)和棧一樣,也是一種在程序運行過程中可以隨時修改的內存區域。一般比較複雜的數據類型都是放在堆中,一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於鏈表,

可以通過函數返回一個堆地址,但記得一定用通過free函數釋放申請的堆內存空間,不釋放會出現內存泄漏

三.堆和棧區別

(1)申請方式
stack:
由系統自動分配。例如,聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中爲b開闢空間
heap:
需要程序員自己申請,並指明大小,在c中malloc,free函數

(2)申請後系統的響應
棧:只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統將爲程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。
堆: 首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時,會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點,然後將該結點從空閒 結點鏈表中刪除,並將該結點的空間分配給程序,另外,對於大多數系統,會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的free語句才能正確的釋放本內存空間。另外,由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒鏈表中。

(3)申請大小的限制及生長方向
棧-------在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的,如果申請的空間超過棧的剩餘空間時,將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小 。
堆-------堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的,自然是不連續的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。

(4)申請效率的比較:
棧由系統自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。
堆是由malloc分配的內存,一般速度比較慢,而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.
char *p1 = (char *)malloc(10); 其中malloc申請的內存在堆區,但是變量p1在棧區,所以要調用堆區的內容,得先調用棧區內容。
另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配內存,他不是在堆,也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。

(5)堆和棧中的存儲內容
棧------在函數調用時,第一個進棧的是主函數中後的下一條指令(函數調用語句的下一條可執行語句)的地址,然後是函數的各個參數(在大多數的C編譯器中參數是由右往左入棧的),然後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。當本次函數調用結束後,局部變量先出棧,然後是參數,最後棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主函數中的下一條指令,程序由該點繼續運行。
堆------一般是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

最後:操作系統在管理內存時,最小單位不是字節,而是內存頁(32位操作系統的內存頁一般是4K)。比如,初次申請1K內存,操作系統會分配1個內存頁,也就是4K內存。因爲:內存頁越大,內存浪費越多,但操作系統內存調度效率高,不用頻繁分配和釋放內存。

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