8.C(内存管理)

在程序没有执行前，有几个分区已经确定，不过分区虽然确定，但是没有加载内存，程序只有运行时才加载内存

text(代码区)：只读，函数
data：初始化的数据，全局变量，static变量，文字常量区
bss:没有初始化的数据，全局变量，static变量

当程序运行，加载内存，首先根据前面确定的内存分区先加载，然后额外加载两个区，stack heap

stack（栈区）：普通局部变量，自动管理内存，先进后出的特点
heap(堆区)：手动申请空间，手动释放，整个程序结束，系统也会自动回收

栈溢出

Linux查看栈等内存信息.png

从上边截图可以看出，栈的大小只有8兆左右，所以是很容易发生溢出的问题的，我们来模拟一下栈溢出的情况

#include <stdio.h>
//假设我们定义了一个int数组，数组大小如下，vs会
直接在编译期间就告诉我们，数组太大，那我们去掉
一个0试试，编译可以通过了（在Windows上vs验
证，数组最大可以定义10亿个元素，超过则编译无法
通过），但是运行后会提示错误

int main() {
    int a[10000000000] = { 0 };
    system("pause");
}

运行后会提示错误

严重性 代码  说明  项目  文件  行   禁止显示状态
错误  C2148   数组的总大小不得超过 0x7fffffff 字
节   ConsoleApplication3 c:\users\renzhenming
\documents\visual studio 2015\projects
\consoleapplication3\consoleapplication3\1.c    5   

因为局部变量a是存储在栈内存的，由于栈内存大小的限制，我猜测vs对数组的大小也做了限制，但是在Linux上通过gcc编译会直接栈溢出

堆溢出

如下，在堆内存开辟一个大小为0的空间，让p指向它，我们发现，p的返回值不是NULL,说明内存申请成功了，但是其实它是0，等于并没有申请，有的编译器无法识别这个错误（gcc直接在Linux编译，不会报错，甚至还会打印出拷贝的字符串，vs中则会报错）。这时候将一段字符串拷贝过去，就会发生堆内存溢出的问题

#include <stdio.h>

int main() {
    char *p = NULL;
    p = (char*)malloc(0);
    if (p == NULL)
    {
        printf("分配失败\n");
        return 0;
    }
    strcpy(p,"hello world");
    printf("%s\n",p);
    if (p != NULL) {
        free(p);
        p = NULL;
    }
    system("pause");
}

内存管理

1.memset()

将s的内存区域的前n个字节以参数c填入
s是需要操作的内存的首地址
c是填充的字符，虽然为int类型，但必须是unsigned char ,范围是0~255
n是指定需要设置的大小
返回值为s的首地址

#include <string.h>
void *memset(void *s,int c,size_t n);

虽然第二个参数为int类型，但其实是以字符填充的，当第二个参数为0表示将内存清空初始化或者说归零，但是如果设置为其他的数字，比如说1，那内存变成什么样子，你可以打印看看，如果是像下边一样，设置为97那就是将数组中每一个元素都设置为小写a字符，因为a的ASSIC码就是97

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    int a[10];
    printf("%d\n", sizeof(a));
    memset(a,97,sizeof(a));
    //memset(a, 97, sizeof(a));
    int i = 0;
    for (; i < 10; i++) {
        printf("%c\n",a[i]);
    }
    system("pause");
}

多用于将数组归0

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    int b[19] = {1,2,3,4};
    memset(b,0,sizeof(b));
    for (int i = 0; i < sizeof(b) / sizeof(b[0]); i++) {
        printf("%d\n",b[i]);
    }
    system("pause");
}

1.memcpy()

拷贝src所指内存内容的前n个字节到dest所指的内存地址
dest：目的内存首地址
src:源内存首地址，注意，dest和src所指内存不能重叠

#include<string.h>
void *memcpy(void *dest,const void *src,size_t n);

//memcpy是不安全的，需要加上这个宏定义
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    char p[] = {"hello\0world"};
    char buf[100];
    printf("sizeof(p)=%lu\n",sizeof(p));
    //使用strncpy拷贝一个字符串，遇到\0会结束拷贝，所以打印的是hello,
    strncpy(buf, p, sizeof(p));
    printf("buf1=%s\n",buf);
    printf("buf2=%s\n", buf+strlen("hello")+1);
    
    //将内存重置为0
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    //使用memcpy拷贝内存，不会因为存在\0就结束，而是拷贝整个
    //指定的内存过去
    memcpy(buf,p,sizeof(p));

    //这里解释一下，由于字符串p中含有结束符，所以拷贝到数组buf中后
    //直接打印数组名也就是指针，只会打印出结束符之前的内容，所以才会
    //这样打印两次
    printf("buf3=%s\n", buf);
    printf("buf4=%s\n", buf + strlen("hello") + 1);
    system("pause");
}

打印
sizeof(p)=12
buf1=hello
buf2=
buf3=hello
buf4=world
请按任意键继续. . .

3.memmove()

将一个数组的前五个元素移动到本数组从第三个元素开始的位置

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    int a[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    int b[10];

    //使用memcpy最好别出现内存重叠，如果出现，最好
    //使用memmove
    memmove(&a[2],a,5*sizeof(int));
    int i = 0;
    for (; i < sizeof(a)/sizeof(a[0]); i++) {
        printf("%d\n",*(a+i));
    }
    system("pause");
}

打印结果
1
2
1
2
3
4
5
8
9
10
请按任意键继续. . .

4.memcmp()

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
    int a[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    int b[10] = { 10,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
    //比较前十个元素,比较的是每个元素的Assic码，一个一个比较
    //只要有一个比如说a第一个元素小于b第一个元素，那么结果就是a<b
    //这样比较没有多大意义，通常是用来比较两块内存是否相同
    int flag = memcmp(a,b,10*sizeof(int));
    if (flag < 0) {
        printf("a <b\n");
    }
    else if (flag > 0) {
        printf("a >b\n");
    }
    else {
        printf("a =b\n");
    }

    system("pause");
}

指针指向栈区空间

#include <stdio.h>

int main() {
    int *p;
    //定义一个存储在栈区的局部变量a
    int a = 10;
    p = &a;
    printf("*p=%d\n",*p);
    system("pause");
}

指针指向堆区空间

malloc

参数是指定堆区分配多大的空间
返回值，内存分配成功则返回地址首元素
失败则返回NULL

1.动态分配的空间，如果程序没有结束，不会自动释放
2.使用完成后，通过free（p）释放
3.free(p)不是释放p变量，而是释放p指向的内存
4.同一块堆区内存只能释放一次
5.释放后的内存并不会消失，只是用户不能再使用

#include <stdio.h>

int main() {
    int *p;
    //在堆区开辟一块内存，由p指向它
    p = (int*)malloc(sizeof(int)*10);
    if (p == NULL)
    {
        printf("分配失败\n");
    }
    *p = 20;
    printf("*p=%d\n",*p);

    //避免重复free发生错误，当分配空间成功时
    //p就不是NULL了，此时使用完成后将其free掉，并且设置
    //p为NULL，下次就不会走过来free了
    if (p != NULL)
    {
        free(p);
        p = NULL;
    }
    system("pause");
}

值传递1

在栈内存定义一个指针p后，并没有指定它的指向，所以他是一个野指针，通过fun方法将p传递进入，此时，会在栈中再次定义一个指针temp,并在堆区开辟空间，由temp指向它，然后方法执行完毕，temp指针释放，但是堆区内存没有释放，内存泄漏，由于p指针仍然没有指向，所以通过*p操作其内存报错

#include <stdio.h>
void fun(int *temp) {
    temp = (int*)malloc(sizeof(int));
    *temp = 100;
}
int main() {
    int *p;
    fun(p);
    printf("*p = %d\n",*p);
    system("pause");
}

运行：
严重性 代码  说明  项目  文件  行   禁止显示状态
错误  C4700   使用了未初始化的局部变量“p” 
ConsoleApplication3 c:\users\renzhenming
\documents\visual studio 2015\projects
\consoleapplication3\consoleapplication3\1.c    10  

值传递2

在传递p之前先开辟空间供其指向，然后传递到fun方法中，fun方法中的temp变量和p变量指向相同，都指向在堆区开辟的那块内存，通过temp操作内存后，内存赋值100，方法弹栈，temp消失，但是p仍然指向最初的那块内存，仍可操作它

#include <stdio.h>
void fun(int *temp) {
    *temp = 100;
}
int main() {
    int *p;
    p = (int *)malloc(sizeof(int));
    fun(p);
    printf("*p = %d\n",*p);
    system("pause");
}

返回堆区的地址

#include <stdio.h>
int* fun() {
    int *temp = NULL;
    temp = (int*)malloc(sizeof(int));
    *temp = 100;
    return temp;
}
int main() {
    int *p = NULL;
    p = fun();
    
    printf("*p = %d\n",*p);
    if (p == NULL) {
        free(p);
        p = NULL;
    }
    system("pause");
}