[C语言]内存管理

0x00 基本概念

内存管理，是指软件运行时对计算机内存资源的分配和使用技术。其目的是如何高效，快速的分配，并且在适当的时候释放和回收内存资源。

内存分配方式：

• 从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
• 从栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储变量都可以在栈上创建，函数执行结束时这些内存单元自动释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但分配的内容容量有限。
• 从堆上分配，亦成为动态分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活，但需要处理的问题也多。

内存分区：

• BBS段：未初始化的全局变量和静态变量。
• 数据段：已初始化的全局变量和静态变量、字符串常量等。
• 代码段：程序执行代码的一块内存区域。
• 堆：动态分配的内存段。
• 栈：存放程序临时创建的局部变量。

0x01 内存分配

为什么要进行动态内存分配？以数组元素为例，一个数组元素是存储于内存中连续的位置，当数组被声明时，其所需要的内存在编译的时候已经被分配。但在某些时候使用这种静态分配方式是不方便的，例如使用数组来存储班级中所有学生的成绩，但是不同的班级学生数量不同，这种情况下就无法确定数组到底分配多大内存。

常见动态内存分配、内存分配函数：

malloc

原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes);

头文件：stdlib.h

说明：在内存堆区分配一个大小为num_bytes的连续空间，如果分配内存成功，返回新分配内存的首地址，否则返回NULL。

用法实例：

int *p;

p = (int *)malloc(10*sizeof(int)); //分配4个字节的空间

calloc

原型：void *calloc(size_t n, size_t size)；

头文件：stdlib.h

在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间，函数返回一个指向分配起始地址的指针；如果分配不成功，返回NULL。

用法实例

int *p = (int *)calloc(10,sizeof(int));

realloc

用法：指针名=（数据类型*）realloc（要改变内存大小的指针名，新的大小）

头文件：stdlib.h

说明：给已经存在的内存空间扩充大小

0x02 野指针

野指针指指向一个已删除的对象或未申请访问受限内存区域的指针。与空指针不同，野指针无法通过简单地判断是否为 NULL避免，而只能通过养成良好的编程习惯来尽力减少。对野指针进行操作很容易造成程序错误。——[百度百科]

野指针产生的主要原因：

• 指针变量未初始化
• 指针释放后未置空
• 指针操作超过变量作用域

避免野指针的方法：

• 初始化时置NULL
• 释放时置NULL

0x03 内存泄露

内存泄漏也称作“存储渗漏”，用动态存储分配函数动态开辟的空间，在使用完毕后未释放，结果导致一直占据该内存单元。直到程序结束。（其实说白了就是该内存空间使用完毕之后未回收）即所谓内存泄漏。——[百度百科]

内存泄露分类（发生方式）：

• 常发性
• 偶发性
• 一次性
• 隐式

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
	p = (int *)malloc(20 * sizeof(int));
	return 0;
}

以上代码很明显就会造成内存泄露，直接更改指针变量的指向，初始化时所分配的内存空间没有进行释放，它会随着程序的运行一直存在。

int main()
{
	int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
	free(p);                             //释放p所指向的内存空间
	p = (int *)malloc(20 * sizeof(int));
	return 0;
}

改成如下代码就不会发生内存泄露。如果p暂时不用重新指向其他空间，需要把p=NULL，不然会产生野指针。

0x04 总结

在动态分配内存的时候，需要养成编码习惯，尽可能的注意指针的指向，避免野指针、内存泄露的问题。