內存管理
在C語言中，關於內存管理的知識點比較多，如函數、變量、作用域、指針等，在探究C語言內存管理機制時，先簡單複習下這幾個基本概念：
1.變量不解釋。但需要搞清楚這幾種變量類型：
- 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。
- 注意：extern修飾變量時，根據具體情況，既可以看作是定義也可以看作是聲明；但extern修飾函數時只能是定義，沒有二義性。
2.作用域：
通常指的是變量的作用域，廣義上講，也有函數作用域及文件作用域等。我理解的作用域就是指某個事物能夠存在的區域或範圍，比如一滴水只有在0-100攝氏度之間才能存在，超出這個範圍，廣義上講的“水”就不存在了，它就變成了冰或氣體。
3.函數：不解釋。
注意：C語言中函數默認都是全局的，可以使用static關鍵字將函數聲明爲靜態函數（只能被定義這個函數的文件訪問的函數）。
二、內存四區
計算機中的內存是分區來管理的，程序和程序之間的內存是獨立的，不能互相訪問，比如QQ和瀏覽器分別所佔的內存區域是不能相互訪問的。而每個程序的內存也是分區管理的，一個應用程序所佔的內存可以分爲很多個區域，我們需要了解的主要有四個區域，通常叫內存四區，如下圖：
1.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，裏面裝的就是一堆指令，在程序運行期間是不能改變的。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。
注意："int a = 0;"語句可拆分成"int a;“和"a = 0”，定義變量a的"int a;"語句並不是代碼，它在程序編譯時就執行了，並沒有放到代碼區，放到代碼區的只有"a = 0"這句。
2.靜態區
靜態區存放程序中所有的全局變量和靜態變量。
3.棧區
棧（stack）是一種先進後出的內存結構，所有的自動變量、函數形參都存儲在棧中，這個動作由編譯器自動完成，我們寫程序時不需要考慮。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；
-
棧的最大尺寸固定，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。
實驗一：觀察代碼區、靜態區、棧區的內存地址#include "stdafx.h" int n = 0; void test(int a, int b) { printf("形式參數a的地址是：%d\n形式參數b的地址是：%d\n",&a, &b); } int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { static int m = 0; int a = 0; int b = 0; printf("自動變量a的地址是：%d\n自動變量b的地址是：%d\n", &a, &b); printf("全局變量n的地址是：%d\n靜態變量m的地址是：%d\n", &n, &m); test(a, b); printf("_tmain函數的地址是：%d", &_tmain); getchar(); }
運行結果如下：
結果分析：
- 自動變量a和b依次被定義和賦值，都在棧區存放，內存地址只相差12，需要注意的是a的地址比b要大，這是因爲棧是一種先進後出的數據存儲結構，先存放的a,後存放的b,形象化表示如上圖（注意地址編號順序）。一旦超出作用域，那麼變量b將先於變量a被銷燬。這很像往箱子裏放衣服，最先放的最後才能被拿出，最後放的最先被拿出。
實驗二：棧變量與作用域
#include "stdafx.h"
//函數的返回值是一個指針，儘管這樣可以運行程序，但這樣做是不合法的，因爲
//非要這樣做需在x變量前加static關鍵字修飾，即static int a = 0;
int *getx()
{
int x = 10;
return &x;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
int *p = getx();
*p = 20;
printf("%d", *p);
getchar();
}
結果分析
-
這段代碼沒有任何語法錯誤，也能得到預期的結果：20。但是這麼寫是有問題的：因爲int p =
getx()中變量x的作用域爲getx()函數體內部，這裏得到一個臨時棧變量x的地址，getx()函數調用結束後這個地址就無效了，但是後面的p
= 20仍然在對其進行訪問並修改，結果可能對也可能錯，實際工作中應避免這種做法，不然怎麼死的都不知道。不能將一個棧變量的地址通過函數的返回值返回，切記！ -
另外，棧不會很大，一般都是以K爲單位。如果在程序中直接將較大的數組保存在函數內的棧變量中，很可能會內存溢出，導致程序崩潰（如下實驗三），嚴格來說應該叫棧溢出（當棧空間以滿，但還往棧內存壓變量，這個就叫棧溢出）。
實驗三：看看什麼是棧溢出
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
char array_char[1024*1024*1024] = {0};
array_char[0] = 'a';
printf("%s", array_char);
getchar();
}
怎麼辦？這個時候就該堆出場了。
4.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，但沒有棧那樣先進後出的順序。更重要的是堆是一個大容器，它的容量要遠遠大於棧，這可以解決上面實驗三造成的內存溢出困難。一般比較複雜的數據類型都是放在堆中。但是在C語言中，堆內存空間的申請和釋放需要手動通過代碼來完成。對於一個32位操作系統，最大管理管理4G內存，其中1G是給操作系統自己用的，剩下的3G都是給用戶程序，一個用戶程序理論上可以使用3G的內存空間。堆上的內存必須手動釋放（C/C++），除非語言執行環境支持GC（如C#在.NET上運行就有垃圾回收機制）。那堆內存如何使用？
接下來看堆內存的分配和釋放：
malloc與free
malloc函數用來在堆中分配指定大小的內存，單位爲字節（Byte），函數返回void *指針；free負責在堆中釋放malloc分配的內存。malloc與free一定成對使用。看下面的例子：
實驗四：解決棧溢出的問題
#include "stdafx.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
void print_array(char *p, char n)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < n; i++)
{
printf("p[%d] = %d\n", i, p[i]);
}
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
char *p = (char *)malloc(1024*1024*1024);//在堆中申請了內存
memset(p, 'a', sizeof(int) * 10);//初始化內存
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p[i] = i + 65;
}
print_array(p, 10);
free(p);//釋放申請的堆內存
getchar();
}
程序可以正常運行，這樣就解決了剛纔實驗三的棧溢出問題。堆的容量有多大?理論上講，它可以使用除了系統佔用內存空間之外的所有空間。實際上比這要小些，比如我們平時會打開諸如QQ、瀏覽器之類的軟件，但這在一般情況下足夠用了。實驗二中說到，不能將一個棧變量的地址通過函數的返回值返回，如果我們需要返回一個函數內定義的變量的地址該怎麼辦？可以這樣做：
//實驗五：
#include "stdafx.h"
#include "stdlib.h"
int *getx()
{
int *p = (int *)malloc(sizeof(int));//申請了一個堆空間
return p;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
int *pp = getx();
*pp = 10;
free(pp);
}
這樣寫是沒有問題的，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。"int p = (int)malloc(sizeof(int));"換成"static int a =0"也是合法的。因爲靜態區的內存在程序運行的整個期間都有效，但是後面的free函數就不能用了！
關於內存管理的幾個函數
malloc:
作用：從空閒內存池中分配內存
函數原型：void *malloc(size_t bytes);
返回值：申請成功返回內存首地址
失敗返回NULL
備註：申請的內存不會自動初始化
free:**
作用：釋放內存
函數原型：void free(void *p);
備註：動態分配的內存一定要通過free()函數來釋放，否則會造成內存泄露
內存泄露：
memset:
作用：內存初始化（按順序）
函數原型：void *memset(void *buffer, char ch,size_t n);
buffer：需要初始化的內存首地址
ch：初始化內容
n：初始化內存字節數
返回值：返回buffer
calloc：
作用：和malloc一樣，但可以初始化內存空間爲0
函數原型：void *calloc(size_t num, size_t bytes);
返回值：內存空間首地址，否則返回NULL
realloc：
作用：重新內存分配，並且會把原內存裏的內容拷貝到新內存
函數原型：void *realloc(void *ptr,size_t bytes);
備註：
1、如果新分配內存大小 按照指定內存大小分配
2、如果分配內存小於原大小，只拷貝指定個數的內存
3、如果新分配內存爲0，則釋放原內存，並返回NULL