学习记录：第三周day01笔记

一、函数指针

函数名就是一个地址（整数），代表了该函数在代码段中的位置

函数指针就是专门指向某种函数的指针，它存储的是该函数在代码段中的位置（函数名）

 int main
 {
     int (*funcp)(const char*,...)=scanf;
     int num=0;
     funcp("%d",&num);
     printf("%d\n",num);
 }

int （*funcp）(const char *format, ...);

funcp是指向返回值为int，参数为const char*和...的函数指针

funcp("%d",&num);

typedef 返回值类型 （*FP）(参数类型1, ...);

FP相当于函数指针类型 可以用于定义函数指针变量

 

二、回调模式的函数：

void qsort(void * base, size_t nmemb, size_t size, ​ int (*compar)(const void *, const void *));

 

万能指针：void*

在C语言中，任意类型的指针可以自动转换为void*，void *类型的指针也可以自动转换为任意类型指针，C++中不行，必须强制类型转换。如果想让代码也在C++编译器中兼容，需要强制类型转换

直接对void*类型指针解引用只会读一个字节

 

三、堆内存

什么是堆内存：

是进程的一个内存段（text、data、bss、stack、heap）

由程序员手动管理

特点是足够大，缺点是使用麻烦

为什么要使用堆内存：

1、程序变复杂，数据量变多

2、其它内存段的申请和释放不受控制，堆内存的申请释放受控制

如何使用堆内存：

注意：C语言中没有任何控制堆内存的语句，只能通过C标准库提供的函数进行使用

#include<stdlib.h>

void* malloc(size_t size);

功能：从堆内存中申请size个字节的连续内存空间

返回值：成功时返回申请到的连续内存的首地址，失败时返回NULL

注意：malloc不会专门对申请到的内存清零

注意：C编译器不允许在main函数之前调用函数，但C++允许

void free(void *ptr);

功能：释放一段堆内存，只是释放使用权，不会专门清理内存数据

ptr：要释放堆内存的首地址

注意：free不能连续释放同一个地址和非法地址（NULL除外，实际并不会执行任何操作）

void *calloc(size_t nmemb,size_t size);

功能：从堆内存中申请nmemb个大小为size字节的连续内存

返回值：成功时返回申请到的连续内存的首地址，失败时返回NULL

注意：通过calloc申请到的内存会全部清理为0，因此速度比malloc慢

void *realloc(void *ptr,size_t size);

功能：改变已有堆内存块的大小

ptr：待调整的内存块首地址

size：调整后的内存块的字节数

返回值：调整后的内存块首地址，有可能改变

如果不能在原内存的基础上调整：

1、申请一块新的符合要求的内存块

2、把原内存块的数据拷贝到新内存块中

3、把原内存块释放，并返回新内存块的首地址

 

malloc的内存管理机制：

1、当首次向malloc申请内存时，malloc会向操作系统申请堆内存，操作系统会直接分配33页（1页=4096字节）内存给malloc管理，但是并不意味着可以越界访问，因为malloc可能会把内存分配给“其他人”使用，这样就产生了脏数据

2、每个内存块之间一定会有一些空隙（4-12字节），一部分空隙是为了内存对齐（边界对齐），其中一定有4个字节记录malloc的维护信息，如果被破坏会影响下一次free的调用

 

使用堆内存是需要注意的问题：

内存泄漏：

已申请的内存无法使用，也无法释放，当再次需要时只能重新申请，然后又重复以上过程，日积月累会导致系统中可用内存越来越少

注意：程序一旦结束，属于他的所有资源都会被操作系统回收

如何尽量避免内存泄漏？

谁申请谁释放，谁知道该释放谁释放

如何判断定位内存泄漏？

1、查看内存的使用情况

window 任务管理器 Linux 命令ps -auxt

2、代码分析工具mtrace，检查malloc、free的使用情况

3、封装新的malloc和free函数，记录调用信息到日志中

 void* zzxx_malloc(size_t size)
 {
     void* p=malloc(size);
     // 记录时间、行数、所属函数等信息到日志中
     return p;
 }
 ​
 void zzxx_free(void* ptr)
 {
     free(ptr);
     //记录到日志中
 }

 

内存碎片：

已经被释放但是又无法继续使用的内存叫做内存碎片，是由于申请和释放的时间不协调导致的，无法避免只能尽量减少

如何减少内存碎片？

1、尽量使用栈内存

2、不要频繁地申请和释放内存

3、尽量申请大块内存自己管理

 

内存清理函数

#include<strings.h>

void bzero(void *s, size_t n);

功能：把一块内存全部清理为0

s：内存块的首地址

n：要清理的内存字节数

#include<string.h>

void *memset(void *s, int c, size_t n)

功能：把内存块按字节设置为c

s：内存块的首地址

c：想要设置的ASCII码值

n：要设置的内存字节数

返回值：返回设置后的内存首地址 s

链式调用：一个函数的返回值可以作为另一个函数的参数

如果该函数返回值为void，则需要将形参类型改为二级指针，达到共享指针变量的目的

 

堆内存中定义二维指针

指针数组：指针数组中的每个指针指向一块堆内存(每行之间的内存可能不连续)

 #include<stdio.h>
 int main()
 {
     //定义 申请n行m列的二维数组
     类型名* arr[n]={};
     for(int i=0;i<10;i++)
     {
         arr[i]=malloc(20);//malloc(sizeof(类型)*m)
     }
     //使用
     for(int i=0;i<10;i++)
     {
         for(int j=0;j<5;j++)
         {
             printf("%d ",arr[i][j]);   //等价于*(*(arr+i)+j)，其中*(arr+i)为第i行首地址
         }
     }
     return 0;
 }

注意：每一行的m值可不同，可以得到不规则的二维数组

优点：可以不规则，容易申请成功

缺点：容易产生内存碎片

数组指针：直接利用数组指针指向一块大的连续堆内存（连续内存）

 #include<stdio.h>
 int main()
 {
     //定义 申请n行m列的二维数组
     类型名 (*arr)[m]=malloc(sizeof(类型)*m*n);
     //使用
     for(int i=0;i<10;i++)
     {
         for(int j=0;j<5;j++)
         {
             printf("%d ",arr[i][j]);   //等价于*(*(arr+i)+j)，其中*(arr+i)为第i行首地址
         }
     }
     return 0;
 }

优点：不容易产生内存碎片

缺点：申请大块连续内存对内存要求更高

 

练习1：计算出100-1000之间的所有素数，存储到堆内存中，尽量不要浪费

 

*常考的笔试面试题

1、堆内存与栈内存的区别？

堆内存是进程的一个内存段（heap），需要程序员自己管理，优点是内存空间大，缺点是使用麻烦，需要通过标准库提供的内存管理函数手动进行堆内存的申请和释放，而且有可能产生内存泄漏与内存碎片问题

栈内存也是进程的一个内存段（stack），由操作系统自动分配、释放内存，优点是由操作系统管理，不存在堆内存的缺点，缺点是内存空间小

是什么？优缺点？使用注意事项？

2、堆内存越界的后果？

没超过33页可能脏数据或一切正常，超了33页一定段错误

如果越界破坏了malloc的维护信息，当再次free时会内存崩溃

3、什么是内存泄漏，如何定位内存泄漏？

由于业务逻辑或者粗心大意导致已经使用完的堆内存没有释放，当需要时再次申请，又没有释放，长期以往内存就会越来越少，系统慢慢卡死或崩溃，这种叫做内存泄漏

1、查看进程内存的使用情况Linux ps -aux

2、通过mtrace类似的代码分析工具，检查是否有没有free的内存

3、封装malloc、free，记录调用情况到日志中

4、什么是内存碎片？如何减少产生内存碎片？

已经释放但又无法使用的内存，叫做内存碎片，由于申请和释放的时间、大小不协调导致

1、尽量使用栈内存

2、不要频繁地申请与释放

3、申请大块内存自己管理