看完这篇你还能不懂C语言/C++内存管理?(一)

简介: 看完这篇你还能不懂C语言/C++内存管理?

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。

image.png


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。

image.png


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:

image.png


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:

image.png


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:

image.png


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:

image.png

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:


image.png

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。



相关文章
|
20天前
|
存储 编译器 程序员
【C语言】内存布局大揭秘 ! -《堆、栈和你从未听说过的内存角落》
在C语言中,内存布局是程序运行时非常重要的概念。内存布局直接影响程序的性能、稳定性和安全性。理解C程序的内存布局,有助于编写更高效和可靠的代码。本文将详细介绍C程序的内存布局,包括代码段、数据段、堆、栈等部分,并提供相关的示例和应用。
32 5
【C语言】内存布局大揭秘 ! -《堆、栈和你从未听说过的内存角落》
|
20天前
|
存储 缓存 算法
【C语言】内存管理函数详细讲解
在C语言编程中,内存管理是至关重要的。动态内存分配函数允许程序在运行时请求和释放内存,这对于处理不确定大小的数据结构至关重要。以下是C语言内存管理函数的详细讲解,包括每个函数的功能、标准格式、示例代码、代码解释及其输出。
49 6
|
24天前
|
传感器 人工智能 物联网
C 语言在计算机科学中尤其在硬件交互方面占据重要地位。本文探讨了 C 语言与硬件交互的主要方法,包括直接访问硬件寄存器、中断处理、I/O 端口操作、内存映射 I/O 和设备驱动程序开发
C 语言在计算机科学中尤其在硬件交互方面占据重要地位。本文探讨了 C 语言与硬件交互的主要方法,包括直接访问硬件寄存器、中断处理、I/O 端口操作、内存映射 I/O 和设备驱动程序开发,以及面临的挑战和未来趋势,旨在帮助读者深入了解并掌握这些关键技术。
42 6
|
1月前
|
存储 C语言
C语言如何使用结构体和指针来操作动态分配的内存
在C语言中,通过定义结构体并使用指向该结构体的指针,可以对动态分配的内存进行操作。首先利用 `malloc` 或 `calloc` 分配内存,然后通过指针访问和修改结构体成员,最后用 `free` 释放内存,实现资源的有效管理。
105 13
|
25天前
|
大数据 C语言
C 语言动态内存分配 —— 灵活掌控内存资源
C语言动态内存分配使程序在运行时灵活管理内存资源,通过malloc、calloc、realloc和free等函数实现内存的申请与释放,提高内存使用效率,适应不同应用场景需求。
|
1月前
|
存储 编译器 数据处理
C 语言结构体与位域:高效数据组织与内存优化
C语言中的结构体与位域是实现高效数据组织和内存优化的重要工具。结构体允许将不同类型的数据组合成一个整体,而位域则进一步允许对结构体成员的位进行精细控制,以节省内存空间。两者结合使用,可在嵌入式系统等资源受限环境中发挥巨大作用。
59 11
|
25天前
|
存储 算法 程序员
C 语言指针详解 —— 内存操控的魔法棒
《C 语言指针详解》深入浅出地讲解了指针的概念、使用方法及其在内存操作中的重要作用,被誉为程序员手中的“内存操控魔法棒”。本书适合C语言初学者及希望深化理解指针机制的开发者阅读。
|
1月前
|
存储 C语言 开发者
C 语言指针与内存管理
C语言中的指针与内存管理是编程的核心概念。指针用于存储变量的内存地址,实现数据的间接访问和操作;内存管理涉及动态分配(如malloc、free函数)和释放内存,确保程序高效运行并避免内存泄漏。掌握这两者对于编写高质量的C语言程序至关重要。
52 11
|
23天前
|
并行计算 算法 测试技术
C语言因高效灵活被广泛应用于软件开发。本文探讨了优化C语言程序性能的策略,涵盖算法优化、代码结构优化、内存管理优化、编译器优化、数据结构优化、并行计算优化及性能测试与分析七个方面
C语言因高效灵活被广泛应用于软件开发。本文探讨了优化C语言程序性能的策略,涵盖算法优化、代码结构优化、内存管理优化、编译器优化、数据结构优化、并行计算优化及性能测试与分析七个方面,旨在通过综合策略提升程序性能,满足实际需求。
54 1
|
28天前
|
存储 C语言 计算机视觉
在C语言中指针数组和数组指针在动态内存分配中的应用
在C语言中,指针数组和数组指针均可用于动态内存分配。指针数组是数组的每个元素都是指针,可用于指向多个动态分配的内存块;数组指针则指向一个数组,可动态分配和管理大型数据结构。两者结合使用,灵活高效地管理内存。