C语言--内存四区、野指针以及堆栈的区别

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-12-18 11:55 163阅读 0赞

### 目录 ###

*  C语言内存分区
 *   *  C语言内存四区：代码区、数据区、栈区、堆区
     *  动态内存的申请和释放
     *  malloc工作机制：
 *  关于野指针
 *  堆和栈的区别
 *   *  1.申请方式
     *  2.申请后的系统响应
     *  3.申请大小的限制。
     *  4.申请速度的限制
     *  5.堆和栈中的存储内容

https://www.cnblogs.com/still-smile/p/11646090.html

# C语言内存分区 #

## C语言内存四区：代码区、数据区、栈区、堆区 ##

*  1.代码区（.text）：代码区中主要存放程序中的代码（二进制），属性是只读。
 *  2.数据区（静态存储区）：主要包括静态全局区和常量区，如果要站在汇编角度细分的话还可以分为很多小的区。
    
     *  A.全局区（静态区,static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的（全局变量和静态变量）在一块区域(.data，显示初始化为非零的全局变量)， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域(.bss，显式初始化为0或者并未显式初始化）。 程序结束后有系统释放。
     *  B.常量区 ：常量字符串就是放在这里的。（常量、函数名、关键字、字符串等） 程序结束后由系统释放。
 *  3.栈区（stack）：内存的分配和释放都是自动进行 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率高，但容量有限，局部变量生命周期短。（linux中查看栈大小，ulimit -s，本机8M）
 *  4.堆区（heap）：有些操作对象只有在程序运行时才能确定，这样编译器在编译时无法为他们预先分配内存空间，只有在程序运行时分配，所以称为动态内存，malloc/free等。

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程序的运行：

*  1 双击运行程序时，操作系统把硬盘上的程序load到内存。
 *  2 操作系统把c代码分成四个区。
 *  3 操作系统找到入口函数main，开始执行。

## 动态内存的申请和释放 ##

#include <stdlib.h>
    void *malloc(size_t size);

## malloc工作机制： ##

malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表(堆内存)。调用malloc函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后，将该内存块一分为二（一块的大小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。调用free函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后，空闲链会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。于是，malloc函数请求延时，并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段，对它们进行整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。如果无法获得符合要求的内存块，malloc函数会返回NULL指针，因此在调用malloc动态申请内存块时，一定要进行返回值的判断。

*  1.只关心申请内存的大小，单位字节。
 *  2.申请空间一定是连续的。有可能申请到比实际申请的大，申请失败时返回空指针。
 *  3.需要将申请的内存用一个指针来接住。
 *  4.需要显示初始化。堆区是不会在自动的分配时做初始化的，包括清零。

#include <stdlib.h>
    void free(void *ptr);

*  1.必须提供初始地址，否则会出现内存泄漏的现象。
 *  2.malloc和free配对使用，避免内存泄露。
 *  3.不允许重复释放，因为该空间可能再第一次释放后被分配利用了。
 *  4.free只能释放堆空间，其他都执行错误。

# 关于野指针 #

所谓野指针是垃圾指针，不是NULL指针。导致的主要原因如下：

*  1.指针变量没有初始化。
 *  2.指针被free释放后，没有置NULL。free是把指针所指向的内存空间释放，使内存成为自由内存。而指针仍然指向这块自由内存，很危险。
 *  3.指针操作超越了变量的作用范围。
 *  4.不要返回指向栈内存的指针。

# 堆和栈的区别 #

## 1.申请方式 ##

*  栈（stack）:系统自动分配，如int b;
 *  堆（heap）:程序员手动分配，如malloc

## 2.申请后的系统响应 ##

栈（stack）:栈空间剩余内存大于申请空间，才会申请成功，否则报错。

堆（heap）:在系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当系统收到申请时，系统就会开始遍历链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆节点，然后将该节点从空闲节点链表中删除，将该节点的空间分配给程序。另外，对于多数系统，会在这块内存空间的首地址处记录本次分配的大小。这样，代码中的删除的语句才能正确释放本内存空间。如果找到的堆节点的大小与申请的大小不同，系统会自动的将多余的那部分重新装入空闲链表中。

## 3.申请大小的限制。 ##

栈（stack）:栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。栈的容量和起始地址都是系统预先设置好的，申请过大的内存会导致栈溢出，因此，能获取的空间比较小（在Linux version 3.2.0-87-generic-pae中栈的大小为8M）

堆（heap）:堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统采用链表来存储空闲的内存地址，地址是不连续的，而链表遍历的方向是由低地址向高地址。堆的大小也受限于有效的虚拟内存，因此获取空间比较灵活，也比较大。

## 4.申请速度的限制 ##

栈（stack）:由系统自动分配，速度比较快，但程序员一般无法控制。

堆（heap）:由malloc等分配，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过使用方便。

## 5.堆和栈中的存储内容 ##

栈（stack）:在调用函数的时候，第一个进栈的是函数调用语句的下一条可执行语句的地址，然后是函数的各个参数，一般情况，参数由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始的存储地址，也就是调用该函数出的下一条指令，程序由该点继续运行。

堆（heap）:一般在堆的头部用一个字节存放堆的大小，堆中的具体内容由程序员安排。

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