C 语言内存管理指对系统内存的分配、创建、使用这一系列操作。在内存管理中,由于是操作系统内存,使用不当会造成毕竟麻烦的结果。本文将从系统内存的分配、创建出发,并且使用例子来举例说明内存管理不当会出现的情况及解决办法。
一、内存
在计算机中,每个应用程序之间的内存是相互独立的,通常情况下应用程序 A 并不能访问应用程序 B,当然一些特殊技巧可以访问,但此文并不详细进行说明。例如在计算机中,一个视频播放程序与一个浏览器程序,它们的内存并不能访问,每个程序所拥有的内存是分区进行管理的。
在计算机系统中,运行程序 A 将会在内存中开辟程序 A 的内存区域 1,运行程序 B 将会在内存中开辟程序 B 的内存区域 2,内存区域 1 与内存区域 2 之间逻辑分隔。
1.1 内存四区
在程序 A 开辟的内存区域 1 会被分为几个区域,这就是内存四区,内存四区分为栈区、堆区、数据区与代码区。
栈区指的是存储一些临时变量的区域,临时变量包括了局部变量、返回值、参数、返回地址等,当这些变量超出了当前作用域时将会自动弹出。该栈的最大存储是有大小的,该值固定,超过该大小将会造成栈溢出。
堆区指的是一个比较大的内存空间,主要用于对动态内存的分配;在程序开发中一般是开发人员进行分配与释放,若在程序结束时都未释放,系统将会自动进行回收。
数据区指的是主要存放全局变量、常量和静态变量的区域,数据区又可以进行划分,分为全局区与静态区。全局变量与静态变量将会存放至该区域。
代码区就比较好理解了,主要是存储可执行代码,该区域的属性是只读的。
1.2 使用代码证实内存四区的底层结构
由于栈区与堆区的底层结构比较直观的表现,在此使用代码只演示这两个概念。首先查看代码观察栈区的内存地址分配情况:
#include<stdio.h> int main() { int a = 0; int b = 0; char c='0'; printf("变量a的地址是:%d\n变量b的地址是:%d\n变量c的地址是:%d\n", &a, &b, &c); }
运行结果为:
我们可以观察到变量 a 的地址是 2293324 变量 b 的地址是 2293320,由于 int 的数据大小为 4 所以两者之间间隔为 4;再查看变量 c,我们发现变量 c 的地址为 2293319,与变量 b 的地址 2293324 间隔 1,因为 c 的数据类型为 char,类型大小为 1。在此我们观察发现,明明我创建变量的时候顺序是 a 到 b 再到 c,为什么它们之间的地址不是增加而是减少呢?那是因为栈区的一种数据存储结构为先进后出,如图:
首先栈的顶部为地址的“最小”索引,随后往下依次增大,但是由于堆栈的特殊存储结构,我们将变量 a 先进行存储,那么它的一个索引地址将会是最大的,随后依次减少;第二次存储的值是 b,该值的地址索引比 a 小,由于 int 的数据大小为 4,所以在 a 地址为 2293324 的基础上往上减少 4 为 2293320,在存储 c 的时候为 char,大小为 1,则地址为 2293319。由于 a、b、c 三个变量同属于一个栈内,所以它们地址的索引是连续性的,那如果我创建一个静态变量将会如何?在以上内容中说明了静态变量存储在静态区内,我们现在就来证实一下:
#include<stdio.h> int main() { int a = 0; int b = 0; char c='0'; static int d = 0; printf("变量a的地址是:%d\n变量b的地址是:%d\n变量c的地址是:%d\n", &a, &b, &c); printf("静态变量d的地址是:%d\n", &d); }
运行结果如下:
以上代码中创建了一个变量 d,变量 d 为静态变量,运行代码后从结果上得知,静态变量 d 的地址与一般变量 a、b、c 的地址并不存在连续,他们两个的内存地址是分开的。那接下来在此建一个全局变量,通过上述内容得知,全局变量与静态变量都应该存储在静态区,代码如下:
#include<stdio.h> int e = 0; int main() { int a = 0; int b = 0; char c='0'; static int d = 0; printf("变量a的地址是:%d\n变量b的地址是:%d\n变量c的地址是:%d\n", &a, &b, &c); printf("静态变量d的地址是:%d\n", &d); printf("全局变量e的地址是:%d\n", &e); }
运行结果如下:
从以上运行结果中证实了上述内容的真实性,并且也得到了一个知识点,栈区、数据区都是使用栈结构对数据进行存储。
在以上内容中还说明了一点栈的特性,就是容量具有固定大小,超过最大容量将会造成栈溢出。查看如下代码:
#include<stdio.h> int main() { char arr_char[1024*1000000]; arr_char[0] = '0'; }
以上代码定义了一个字符数组 arr_char,并且设置了大小为 1024*1000000,设置该数据是方便查看大小;随后在数组头部进行赋值。运行结果如下:
这是程序运行出错,原因是造成了栈的溢出。在平常开发中若需要大容量的内存,需要使用堆。