C語言中的內存分配與釋放

C語言中的內存分配與釋放

　　對C語言一直都是抱着學習的態度，不少都不懂，今天忽然被問道C語言的內存分配問題，說了一些本身知道的，但感受回答的並不完善，因此纔有這篇筆記，總結一下C語言中內存分配的主要內容。

相關問題　

　　剛剛在一篇博文看到一個簡單的問題：

//code1
char* toStr() 
{
    char *s = "abcdefghijkl";
    return s;
}
int main()
{
    cout << toStr() << endl;
    return 0;
}

//code2
char* toStr() 
{
    char s[] = "abcdefghijkl";
    return s;
}
int main()
{
    cout << toStr() << endl;
    return 0;
}

　　兩段代碼都很簡單，輸出一段字符，類型不一樣，一個是char*字符串，一個是char[]數據。

　　結果你知道嗎? 這個我確實知道，相信大部分人也都回知道，必然有一個很差使，或者兩個都很差使！！！都對就沒意思了~

　　結果：第一個正確輸出，第二個輸出亂碼。

　　緣由：在於局部變量的做用域和內存分配的問題，第一char*是指向一個常量，做用域爲函數內部，被分配在程序的常量區，直到整個程序結束才被銷燬，因此在程序結束前常量仍是存在的。而第二個是數組存放的，做用域爲函數內部，被分配在棧中，就會在函數調用結束後被釋放掉，這時你再調用，確定就錯誤了。

內存分配

　　什麼是局部變量、全局變量和靜態變量？

　　顧名思義，局部變量就是在一個有限的範圍內的變量，做用域是有限的，對於程序來講，在一個函數體內部聲明的普通變量都是局部變量，局部變量會在棧上申請空間，函數結束後，申請的空間會自動釋放。而全局變量是在函數體外申請的，會被存放在全局（靜態區）上，知道程序結束後纔會被結束，這樣它的做用域就是整個程序。靜態變量和全局變量的存儲方式相同，在函數體內聲明爲static就可使此變量像全局變量同樣使用，不用擔憂函數結束而被釋放。

相關函數：

void *malloc(size_t size);
void free(void *p);

/*通常這樣用
Struct elem *p;
p = (struct elem*)malloc(sizeof(struct elem))

void free(p)
*/

malloc原理

　　malloc函數的實質體如今，它有一個將可用的內存塊鏈接爲一個長長的列表的所謂空閒鏈表。調用malloc函數時，它沿鏈接表尋找一個大到足以知足用戶請求所須要的內存塊。而後，將該內存塊一分爲二（一塊的大小與用戶請求的大小相等，另外一塊的大小就是剩下的字節）。接下來，將分配給用戶的那塊內存傳給用戶，並將剩下的那塊（若是有的話）返回到鏈接表上。調用free函數時，它將用戶釋放的內存塊鏈接到空閒鏈上。到最後，空閒鏈會被切成不少的小內存片斷，若是這時用戶申請一個大的內存片斷，那麼空閒鏈上可能沒有能夠知足用戶要求的片斷了。因而，malloc函數請求延時，並開始在空閒鏈上翻箱倒櫃地檢查各內存片斷，對它們進行整理，將相鄰的小空閒塊合併成較大的內存塊。若是沒法得到符合要求的內存塊，malloc函數會返回NULL指針，所以在調用malloc動態申請內存塊時，必定要進行返回值的判斷。

分類：

• 棧區（stack）—由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操做方式相似於數據結構中的棧。
• 堆區（heap）—通常由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式卻是相似於鏈表
  
• 全局區（靜態區）（static）—全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態　　                                變量在相鄰的另外一塊區域。  程序結束後由系統釋放。
• 常量區—常量字符串就是放在這裏的，直到程序結束後由系統釋放。上面的問題就在這裏！！！
• 代碼區—存放函數體的二進制代碼。

直接搬運的代碼，確實很好！！容易理解

//main.cpp    
int a = 0; //全局初始化區
char *p1; //全局未初始化區
    
main()
{
    int b; //棧
    char s[] = "abc"; //棧
    char *p2; //棧
    char *p3 = "123456"; //123456\\0在常量區，p3在棧上。
    static int c =0;//全局（靜態）初始化區
    p1 = (char *)malloc(10);    
    p2 = (char *)malloc(20);//分配得來得10和20字節的區域就在堆區。
    strcpy(p1, "123456"); //123456\\0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。        
} 

此外，還有realloc(從新分配內存)、calloc（初始化爲0）、alloca（在棧上申請內存，自動釋放）等。