C语言拾遗

pusoy / 2023-09-01 / 原文

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静态全局变量与全局变量

静态全局变量和全局变量都属于常量区
静态全局区只在本文件中有效,别的文件想调用该变量,是调不了的,而全局变量在别的文件中可以调用
如果别的文件中定义了一个该全局变量相同的变量名,是会出错的

内存分配

C/C++ 编译的程序中内存分为 5 个区,分别为:

栈区(stack):由编译器自动分配与释放,存放为运行时函数分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等,栈内存分配运算内置于处理器的指令集,效率高,但是分配的内存容量有限。其操作类似于数据结构中的栈

堆区(heap):由程序员手动分配释放的储存区,如果程序员不释放这块内存,内存将一直被占用,直到程序运行结束由系统自动收回,c 语言中使用 malloc,free 申请和释放空间。其分配类似于链表

静态储存区(static):全局变量和静态变量的储存是放在一块的,其中初始化的全局变量和静态变量在一个区域,这块空间当程序运行结束后由系统释放。

常量储存区(const):常量字符串就是储存在这里的,如“ABC”字符串就储存在常量区,储存在常量区的只读不可写。const 修饰的全局变量也储存在常量区,const 修饰的局部变量依然在栈上。

程序代码区:存放源程序的二进制代码。

静态内存分配:编译时分配,这块内存在程序的整个运行期间都存在。包括:全局、静态全局、静态局部三种变量。

动态内存分配:运行时分配。包括:栈(stack): 局部变量。堆(heap): c 语言中用到的变量被动态的分配在内存中。(malloc 或 calloc、realloc、free 函数)

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堆与栈的对比

申请方式

栈由编译器管理,堆的分配和释放由程序员管理

申请大小

栈是向低地址生长的数据结构,是一块连续的内存,能从栈中获得的内存较小,编译期间确定大小

堆是向高地址生长的数据结构,是一个不连续的储存空间,内存获取比较灵活,也较大

能否产生碎片

栈和数据结构中的栈原理相同,在弹出一个元素之前,上一个已经弹出了,不会产生碎片,如果不停地调用malloc、free对造成内存碎片很多

生长方向不同

堆生长方向是向上的,也就是向着内存地址增加的方向

栈刚好相反,向着内存减小的方向生长

分配效率:

栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高

堆则是C/C 函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到足够大小的内存,然后进行返回。显然,堆的效率比栈要低得多

动态内存分配

malloc 函数

函数原型: void * malloc (size_ t size) ;

功能:

1.开辟一块 size 大小的连续堆内存。

2.size 表示堆 上所开辟内存的大小(字节数)。

3.函数返回值是一个指针,指向刚刚开辟的内存的首地址。

4.如果开辟内存失败, 返回一个空指针,即返回值为 NULL。

5.当内存不再 使用时,应使用 free() 函数将内存块释放

6.使用时 必须包含头文件 <stdlib.h> 或 <malloc.h>

calloc 函数

函数原型: void * calloc(size_ t n, size t size);

功能:

1.在内存的动态存储区中分配 n 个长度为 size 的连续空间,

2.函数返回一个指向分配起始地址的指针;

3.如果分配不成功,返回 NULL。

4.当内存不再 使用时,应使用 free() 函数将内存块释放。

5.使用时 必须包含头文件 <stdlib.h> 或 <malloc.h>

realloc 函数

函数原型:

void * realloc(void * mem_ address, size_ t newsize) ;

功能:

1.为已有内存的变量重新分配新的内存大小(可大、可小) ;

2.先判断当前的指针是否有足够的连续空间,如果有,扩大 mem_address 指向的地址,并且将 mem_ address 返回;

3.如果空间不够,先按照 newsize 指定的大小分配空间,将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域,而后释放原来 mem_address 所指内存区域(注意:原来指针是自动释放,不需要使用 free),同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。

4.如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针;

5.如果分配不成功,返回 NULL。

6.当内存不再使用时,应使用 free ()函数将内存块释放

7.使用时必须包含头文件 <stdlib.h> 或 <malloc.h>

free 函数

*函数原型: void free (void ptr) ; //ptr 为要释放的内存指针。

free():释放指针变量在堆区上的内存空间,不能释放栈上的内存空间,free 要与 malloc(calloc、realloc)成对使用。

注意

如果 malloc(calloc、realloc) 比 free 多, 会造成内存泄漏;

如果 malloc(calloc、realloc) 比 free 少,会造成二次删除, 破坏内存,导致程序崩溃。