C 内存管理

C 语言为内存的分配和管理提供了几个函数。这些函数可以在 头文件中找到。

在 C 语言中，内存是通过指针变量来管理的。指针是一个变量，它存储了一个内存地址，这个内存地址可以指向任何数据类型的变量，包括整数、浮点数、字符和数组等。C 语言提供了一些函数和运算符，使得程序员可以对内存进行操作，包括分配、释放、移动和复制等。

我们知道，内存分为动态内存和静态内存，我们先讲静态内存。

静态内存

存储模型决定了一个变量的内存分配方式和访问特性，在C语言中主要有三个维度来决定：存储时期、作用域、链接。

• 1、存储时期 存储时期：变量在内存中的保留时间（生命周期） 存储时期分为两种情况，关键是看变量在程序执行过程中会不会被系统自动回收掉。

  • 1) 静态存储时期 Static

    • 在程序执行过程中一旦分配就不会被自动回收。 通常来说，任何不在函数级别代码块内定义的变量。 无论是否在代码块内，只要采用static关键字修饰的变量。

  • 2) 自动存储时期 Automatic

    • 除了静态存储以外的变量都是自动存储时期的，或者说只要是在代码块内定义的非static的变量，系统会自己自动分配和释放内存；

• 2、作用域
  作用域：一个变量在定义该变量的自身文件中的可见性（访问或者引用）
  在C语言中，一共有3中作用域：

  • 1) 代码块作用域
    在代码块中定义的变量都具有该代码的作用域。从这个变量定义地方开始，到这个代码块结束，该变量是可见的；
  • 2) 函数原型作用域
    出现在函数原型中的变量，都具有函数原型作用域，函数原型作用域从变量定义处一直到原型声明的末尾。
  • 3) 文件作用域
    一个在所有函数之外定义的变量具有文件作用域，具有文件作用域的变量从它的定义处到包含该定义的文件结尾处都是可见的；

• 3、链接
  链接：一个变量在组成程序的所有文件中的可见性（访问或者引用）；
  C语言中一共有三种不同的链接：

  • 1) 外部链接
    如果一个变量在组成一个程序的所有文件中的任何位置都可以被访问，则称该变量支持外部链接；
  • 2) 内部链接
    如果一个变量只可以在定义其自身的文件中的任何位置被访问，则称该变量支持内部链接。
  • 3) 空链接
    如果一个变量只是被定义其自身的当前代码块所私有，不能被程序的其他部分所访问，则称该变量支持空链接。

我们来看一个代码示例：

#include <stdlib.h>  
int a = 0;       // 全局初始化区    
char *p1 = NULL; // 全局未初始化区    
int main()    
{    
    int b;            // b在栈区  
    char s[] = "abc"; // 栈    
    char *p2 = NULL;   // p2在栈区  
    char *p3 = "123456"; // 123456\0在常量区，p3在栈上。    
    static int c = 0；  // 全局（静态）初始化区  
    p1 = (char *)malloc(10);    
    p2 = (char *)malloc(20); // 分配得来得10和20字节的区域就在堆区。    
    strcpy(p1, "123456");   // 123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。  
}

动态内存

当程序运行到需要一个动态分配的变量时，必须向系统申请取得堆中的一块所需大小的存储空间，用于存储该变量。当不在使用该变量时，也就是它的生命结束时，要显示释放它所占用的存储空间，这样系统就能对该空间进行再次分配，做到重复使用有限的资源。下面介绍动态内存申请和释放的函数。

malloc 函数

malloc函数原型：

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

size是需要动态申请的内存的字节数。若申请成功，函数返回申请到的内存的起始地址，若申请失败，返回NULL。我们看下面这个例子：

#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

uint16_t *get_memory(uint16_t n)
{
    uint16_t *p = NULL;

    p = (uin16_t *)malloc(sizeof(uint16_t));
    if (NULL != p)
    {
         memset(p, 0, n * sizeof(uint16_t));
    }
    else
    {
         printf("malloc error\r\n");
    }

    return p;
}

使用该函数时，有下面几点要注意：
1）只关心申请内存的大小；
2）申请的是一块连续的内存。记得一定要写出错判断；
3）显示初始化。即我们不知这块内存中有什么东西，要对其清零；

free函数

在堆上分配的内存，需要用free函数来释放，函数原型如下：

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

使用free(),也有下面几点要注意：

1）必须提供内存的起始地址 调用该函数时，必须提供内存的起始地址，不能够提供部分地址，释放内存中的一部分是不允许的。

2）malloc和free成对使用
编译器不负责动态内存的释放，需要程序员自己释放。因此，malloc与free是成对使用的，避免内存泄漏。

free(p);
p = NULL;

p = NULL是必须的，因为虽然这块内存被释放了，但是p仍指向这块内存，避免下次对p的误操作；

3）不允许重复释放 因为这块内存被释放后，可能已另分配，这块区域被别人占用，如果再次释放，会造成数据丢失；

最后总结 堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：

栈 就像我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。 堆 就像是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。