c 內存分配

1、程序代碼區:存放函數體的二進制代碼。??

2、全局區數據區：全局數據區劃分為三個區域。

???? 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一塊區域。常量數據存放在另一個區域里。這些數據在程序結束后由系統釋放。我們所說的BSS段(bss segment)通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域。BSS是英文Block Started by Symbol的簡稱。

3、棧區: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。其操作方式類似于數據結構中的棧。

4、堆區:一般由程序員分配釋放，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，分配方式倒是類似于鏈表，呵呵。

5、命令行參數區:存放命令行參數和環境變量的值。???

???關于局部的字符串常量是存放在全局的常量區還是棧區，不同的編譯器有不同的實現。可以通過匯編語言察看一下。不過vc環境下,局部常量就像局部變量一樣存儲于棧中，全局常量、字符常量存儲于文字常量區。TC在常量區。

例子：

int a = 0; //靜態存儲區（初始化區域）

char *p1; //靜態存儲區（未初始化區域）

void example()

{

int b; //棧

char s[] = “abc”; //棧

char *p2; //棧

static int c =0; //靜態存儲區（初始化區域）

//分配得來的10和20字節的區域就在堆上

p1 = (char *)malloc(10);

p2 = (char *)malloc(20);

}

?

在嵌入式系統中有ROM和RAM兩類內存，程序被固化進ROM，變量和堆棧設在RAM中，用const定義的常量也會被放入ROM。

注：用const定義常量可以節省空間，避免不必要的內存分配。

#define PI 3.14159//常量宏

const double g_pi = 3.14159;//此時并未將g_pi放入ROM中

......

double a = g_pi;//此時為g_pi分配內存，以后不再分配！

double b = PI;//編譯期間進行宏替換，分配內存

double c = g_pi;//沒有內存分配

double d = PI;//再進行宏替換，又一次分配內存！

?

???在linux下:可以通過參數-c來編譯生成匯編文件。如：??
????gcc -c *.c
????gcc *.o -Map test.txt -o test.elf
???用文本編輯器查看test.txt文件，你就看到那些bss段,data段,text段等信息了，但是沒有堆棧段相關信息，用objdump命令查看.o文件的反匯編后的信息，或者用gcc -S *.c，查看各個.S文件就明白了。

?

文章二、內存的規劃種類

1）常規內（Conventional Memory）在內存分配表中占用最前面的位置，從0KB到640KB（地址000000H～109FFFFH），共占640KB的容量。因為它在內存的最前面并且在DOS可管理的內存區，我們又稱之為Low Dos Memory（低DOS內存），或稱為基本內存（Base Memory），使用此空間的程序有BIOS、DOS操作系統、外圍設備的驅動程序、中斷向量表、一些常駐的程序、空閑可用的內存空間、以及一般的應用軟件都可在此空間執行。

2）高位內存（UM）是英文Upper Memory的縮寫，是常規內存上面的一層內存（640KB～1024KB）。 　　3）高端內存區（HMA）是英文High Memory Area的縮寫。它是1024KB至1088KB之間的64KB內存，管為高端內存區，其地址為100000H～10FFEFH或以上，CPU在實地址模式下以Segment:OFFSET(段地址：偏移量)方式來尋址，其尋址的最大邏輯內存空間為（FFFF：FFFF），即10FFEFH。　　
4）EMB是英文Extended Memory Block（擴展內存塊）的縮寫，早期采用的擴充存儲器（EPM）必須遵循EMS規范(如使用EMM386.exe)，后來使用的擴展存儲器（EXM）必須遵循XMS規范（如使用Himem.sys）。擴展內存是指1MB以上的內存空間，其地址是從100000H開始，連續不斷向上擴展的內存，擴展內存取決于CPU的尋址能力。

?

1、內存分配方式

　　內存分配方式有三種：

　　（1）從靜態存儲區域分配。內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。

　　（2）在棧上創建。在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。

　　（3） 從堆上分配，亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態內存的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多。

　　2、常見的內存錯誤及其對策

　　發生內存錯誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動發現這些錯誤，通常是在程序運行時才能捕捉到。而這些錯誤大多沒有明顯的癥狀，時隱時現，增加了改錯的難度。有時用戶怒氣沖沖地把你找來，程序卻沒有發生任何問題，你一走，錯誤又發作了。 常見的內存錯誤及其對策如下：

　　* 內存分配未成功，卻使用了它。

　　編程新手常犯這種錯誤，因為他們沒有意識到內存分配會不成功。常用解決辦法是，在使用內存之前檢查指針是否為NULL。如果指針p是函數的參數，那么在函數的入口處用assert(p!=NULL)進行檢查。如果是用malloc或new來申請內存，應該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進行防錯處理。

　　* 內存分配雖然成功，但是尚未初始化就引用它。

　　犯這種錯誤主要有兩個起因：

?????????????????? 一是沒有初始化的觀念；

????????????????? 二是誤以為內存的缺省初值全為零，導致引用初值錯誤（例如數組）。內存的缺省初值究竟是什么并沒有統一的標準，盡管有些時候為零值，我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創建數組，都別忘了賦初值，即便是賦零值也不可省略，不要嫌麻煩。

　　* 內存分配成功并且已經初始化，但操作越過了內存的邊界。

　　例如在使用數組時經常發生下標“多1”或者“少1”的操作。特別是在for循環語句中，循環次數很容易搞錯，導致數組操作越界。

　　* 忘記了釋放內存，造成內存泄露。

　　含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足，你看不到錯誤。終有一次程序突然死掉，系統出現提示：內存耗盡。

　　動態內存的申請與釋放必須配對，程序中malloc與free的使用次數一定要相同，否則肯定有錯誤（new/delete同理）。

　　* 釋放了內存卻繼續使用它。
　
　　有三種情況：

　　（1）程序中的對象調用關系過于復雜，實在難以搞清楚某個對象究竟是否已經釋放了內存，此時應該重新設計數據結構，從根本上解決對象管理的混亂局面。

　　（2）函數的return語句寫錯了，注意不要返回指向“棧內存”的“指針”或者“引用”，因為該內存在函數體結束時被自動銷毀。

　　（3）使用free或delete釋放了內存后，沒有將指針設置為NULL。導致產生“野指針”。

　　【規則1】用malloc或new申請內存之后，應該立即檢查指針值是否為NULL。防止使用指針值為NULL的內存。

　　【規則2】不要忘記為數組和動態內存賦初值。防止將未被初始化的內存作為右值使用。

　　【規則3】避免數組或指針的下標越界，特別要當心發生“多1”或者“少1”操作。

　　【規則4】動態內存的申請與釋放必須配對，防止內存泄漏。

　　【規則5】用free或delete釋放了內存之后，立即將指針設置為NULL，防止產生“野指針”。

　　3、指針與數組的對比

　　C /C程序中，指針和數組在不少地方可以相互替換著用，讓人產生一種錯覺，以為兩者是等價的。

　　數組要么在靜態存儲區被創建（如全局數組），要么在棧上被創建。數組名對應著（而不是指向）一塊內存，其地址與容量在生命期內保持不變，只有數組的內容可以改變。

　　指針可以隨時指向任意類型的內存塊，它的特征是“可變”，所以我們常用指針來操作動態內存。指針遠比數組靈活，但也更危險。

　　下面以字符串為例比較指針與數組的特性。

　　3.1 修改內容

　　示例3-1中，字符數組a的容量是6個字符，其內容為hello。a的內容可以改變，如a[0]= ‘X’。指針p指向常量字符串“world”（位于靜態存儲區，內容為world），常量字符串的內容是不可以被修改的。從語法上看，編譯器并不覺得語句 p[0]= ‘X’有什么不妥，但是該語句企圖修改常量字符串的內容而導致運行錯誤。

char a[] = “hello”;

a[0] = ‘X’;

cout << a << endl;

char *p = “world”; // 注意p指向常量字符串

p[0] = ‘X’; // 編譯器不能發現該錯誤

cout << p << endl;

復制代碼

示例3.1 修改數組和指針的內容

　　3.2 內容復制與比較

　　不能對數組名進行直接復制與比較。示例7-3-2中，若想把數組a的內容復制給數組b，不能用語句 b = a ，否則將產生編譯錯誤。應該用標準庫函數strcpy進行復制。同理，比較b和a的內容是否相同，不能用if(b==a) 來判斷，應該用標準庫函數strcmp進行比較。

　　語句p = a 并不能把a的內容復制指針p，而是把a的地址賦給了p。要想復制a的內容，可以先用庫函數malloc為p申請一塊容量為strlen(a) 1個字符的內存，再用strcpy進行字符串復制。同理，語句if(p==a) 比較的不是內容而是地址，應該用庫函數strcmp來比較。

// 數組…

char a[] = "hello";

char b[10];

strcpy(b, a); // 不能用 b = a;

if(strcmp(b, a) == 0) // 不能用 if (b == a)

…

// 指針…

int len = strlen(a);

char *p = (char *)malloc(sizeof(char)*(len 1));

strcpy(p,a); // 不要用 p = a;

if(strcmp(p, a) == 0) // 不要用 if (p == a)

…

復制代碼

示例3.2 數組和指針的內容復制與比較

　　3.3 計算內存容量

　　用運算符sizeof可以計算出數組的容量（字節數）。示例7-3-3（a）中，sizeof(a)的值是12（注意別忘了’’）。指針p指向a，但是 sizeof(p)的值卻是4。這是因為sizeof(p)得到的是一個指針變量的字節數，相當于sizeof(char*)，而不是p所指的內存容量。 C /C語言沒有辦法知道指針所指的內存容量，除非在申請內存時記住它。

　　注意當數組作為函數的參數進行傳遞時，該數組自動退化為同類型的指針。示例7-3-3（b）中，不論數組a的容量是多少，sizeof(a)始終等于sizeof(char *)。

char a[] = "hello world";

char *p = a;

cout<< sizeof(a) << endl; // 12字節

cout<< sizeof(p) << endl; // 4字節

復制代碼

示例3.3（a） 計算數組和指針的內存容量

void Func(char a[100])

{

　cout<< sizeof(a) << endl; // 4字節而不是100字節

}

復制代碼

示例3.3（b） 數組退化為指針


4、指針參數是如何傳遞內存的？

　　如果函數的參數是一個指針，不要指望用該指針去申請動態內存。示例7-4-1中，Test函數的語句GetMemory(str, 200)并沒有使str獲得期望的內存，str依舊是NULL，為什么？

void GetMemory(char *p, int num)

{

　p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);

}

void Test(void)

{

　char *str = NULL;

　GetMemory(str, 100); // str 仍然為 NULL

　strcpy(str, "hello"); // 運行錯誤

}

復制代碼

示例4.1 試圖用指針參數申請動態內存

　　毛病出在函數GetMemory中。編譯器總是要為函數的每個參數制作臨時副本，指針參數p的副本是 _p，編譯器使 _p = p。如果函數體內的程序修改了_p的內容，就導致參數p的內容作相應的修改。這就是指針可以用作輸出參數的原因。在本例中，_p申請了新的內存，只是把 _p所指的內存地址改變了，但是p絲毫未變。所以函數GetMemory并不能輸出任何東西。事實上，每執行一次GetMemory就會泄露一塊內存，因為沒有用free釋放內存。

　　如果非得要用指針參數去申請內存，那么應該改用“指向指針的指針”，見示例4.2。

void GetMemory2(char **p, int num)

{

　*p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);

}

void Test2(void)

{

　char *str = NULL;

　GetMemory2(&str, 100); // 注意參數是 &str，而不是str

　strcpy(str, "hello");

　cout<< str << endl;

　free(str);

}

復制代碼

示例4.2用指向指針的指針申請動態內存

　　由于“指向指針的指針”這個概念不容易理解，我們可以用函數返回值來傳遞動態內存。這種方法更加簡單，見示例4.3。

char *GetMemory3(int num)

{

　char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);

　return p;

}

void Test3(void)

{

　char *str = NULL;

　str = GetMemory3(100);

　strcpy(str, "hello");

　cout<< str << endl;

　free(str);

}

復制代碼

示例4.3 用函數返回值來傳遞動態內存

　　用函數返回值來傳遞動態內存這種方法雖然好用，但是常常有人把return語句用錯了。這里強調不要用return語句返回指向“棧內存”的指針，因為該內存在函數結束時自動消亡，見示例4.4。

char *GetString(void)

{

　char p[] = "hello world";

　return p; // 編譯器將提出警告

}

void Test4(void)

{

　char *str = NULL;

　str = GetString(); // str 的內容是垃圾

　cout<< str << endl;

}

復制代碼

示例4.4 return語句返回指向“棧內存”的指針

　　用調試器逐步跟蹤Test4，發現執行str = GetString語句后str不再是NULL指針，但是str的內容不是“hello world”而是垃圾。
如果把示例4.4改寫成示例4.5，會怎么樣？

char *GetString2(void)

{

　char *p = "hello world";

　return p;

}

void Test5(void)

{

　char *str = NULL;

　str = GetString2();

　cout<< str << endl;

}

復制代碼

示例4.5 return語句返回常量字符串

　　函數Test5運行雖然不會出錯，但是函數GetString2的設計概念卻是錯誤的。因為GetString2內的“hello world”是常量字符串，位于靜態存儲區，它在程序生命期內恒定不變。無論什么時候調用GetString2，它返回的始終是同一個“只讀”的內存塊。

　　5、杜絕“野指針”

　　“野指針”不是NULL指針，是指向“垃圾”內存的指針。人們一般不會錯用NULL指針，因為用if語句很容易判斷。但是“野指針”是很危險的，if語句對它不起作用。 “野指針”的成因主要有兩種：

　　（1）指針變量沒有被初始化。任何指針變量剛被創建時不會自動成為NULL指針，它的缺省值是隨機的，它會亂指一氣。所以，指針變量在創建的同時應當被初始化，要么將指針設置為NULL，要么讓它指向合法的內存。例如

char *p = NULL;

char *str = (char *) malloc(100);

復制代碼

（2）指針p被free或者delete之后，沒有置為NULL，讓人誤以為p是個合法的指針。

　　（3）指針操作超越了變量的作用范圍。這種情況讓人防不勝防，示例程序如下：

class A

{

　public:

　　void Func(void){ cout << “Func of class A” << endl; }

};

void Test(void)

{

　A *p;

　{

　　A a;

　　p = &a; // 注意 a 的生命期

　}

　p->Func(); // p是“野指針”

}

復制代碼

函數Test在執行語句p->Func()時，對象a已經消失，而p是指向a的，所以p就成了“野指針”。但奇怪的是我運行這個程序時居然沒有出錯，這可能與編譯器有關。


　　6、有了malloc/free為什么還要new/delete？

　　malloc與free是C /C語言的標準庫函數，new/delete是C 的運算符。它們都可用于申請動態內存和釋放內存。

　　對于非內部數據類型的對象而言，光用maloc/free無法滿足動態對象的要求。對象在創建的同時要自動執行構造函數，對象在消亡之前要自動執行析構函數。由于malloc/free是庫函數而不是運算符，不在編譯器控制權限之內，不能夠把執行構造函數和析構函數的任務強加于malloc/free。

　　 因此C 語言需要一個能完成動態內存分配和初始化工作的運算符new，以及一個能完成清理與釋放內存工作的運算符delete。注意new/delete不是庫函數。我們先看一看malloc/free和new/delete如何實現對象的動態內存管理，見示例6。

class Obj

{

　public :

　　Obj(void){ cout << “Initialization” << endl; }

　　~Obj(void){ cout << “Destroy” << endl; }

　　void Initialize(void){ cout << “Initialization” << endl; }

　　void Destroy(void){ cout << “Destroy” << endl; }

};

void UseMallocFree(void)

{

　Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申請動態內存

　a->Initialize(); // 初始化

　//…

　a->Destroy(); // 清除工作

　free(a); // 釋放內存

}

void UseNewDelete(void)

{

　Obj *a = new Obj; // 申請動態內存并且初始化

　//…

　delete a; // 清除并且釋放內存

}

復制代碼

示例6 用malloc/free和new/delete如何實現對象的動態內存管理

　　類Obj的函數Initialize模擬了構造函數的功能，函數Destroy模擬了析構函數的功能。函數UseMallocFree中，由于 malloc/free不能執行構造函數與析構函數，必須調用成員函數Initialize和Destroy來完成初始化與清除工作。函數 UseNewDelete則簡單得多。

　　所以我們不要企圖用malloc/free來完成動態對象的內存管理，應該用new/delete。由于內部數據類型的“對象”沒有構造與析構的過程，對它們而言malloc/free和new/delete是等價的。

　　既然new/delete的功能完全覆蓋了malloc/free，為什么C 不把malloc/free淘汰出局呢？這是因為C 程序經常要調用C函數，而C程序只能用malloc/free管理動態內存。

　　如果用free釋放“new創建的動態對象”，那么該對象因無法執行析構函數而可能導致程序出錯。如果用delete釋放“malloc申請的動態內存 ”，理論上講程序不會出錯，但是該程序的可讀性很差。所以new/delete必須配對使用，malloc/free也一樣。

　　7、內存耗盡怎么辦？

　　如果在申請動態內存時找不到足夠大的內存塊，malloc和new將返回NULL指針，宣告內存申請失敗。通常有三種方式處理“內存耗盡”問題。

　　（1）判斷指針是否為NULL，如果是則馬上用return語句終止本函數。例如：

void Func(void)

{

　A *a = new A;

　if(a == NULL)

　{

　　return;

　}

　…

}

復制代碼

（2）判斷指針是否為NULL，如果是則馬上用exit(1)終止整個程序的運行。例如：

void Func(void)

{

　A *a = new A;

　if(a == NULL)

　{

　　cout << “Memory Exhausted” << endl;

　　exit(1);

　}

　…

}

復制代碼

（3）為new和malloc設置異常處理函數。例如Visual C 可以用_set_new_hander函數為new設置用戶自己定義的異常處理函數，也可以讓malloc享用與new相同的異常處理函數。詳細內容請參考C 使用手冊。

　　上述（1）（2）方式使用最普遍。如果一個函數內有多處需要申請動態內存，那么方式（1）就顯得力不從心（釋放內存很麻煩），應該用方式（2）來處理。

　　很多人不忍心用exit(1)，問：“不編寫出錯處理程序，讓操作系統自己解決行不行？”

　　不行。如果發生“內存耗盡”這樣的事情，一般說來應用程序已經無藥可救。如果不用exit(1) 把壞程序殺死，它可能會害死操作系統。道理如同：如果不把歹徒擊斃，歹徒在老死之前會犯下更多的罪。

　　有一個很重要的現象要告訴大家。對于32位以上的應用程序而言，無論怎樣使用malloc與new，幾乎不可能導致“內存耗盡”。我在Windows 98下用Visual C 編寫了測試程序，見示例7。這個程序會無休止地運行下去，根本不會終止。因為32位操作系統支持“虛存”，內存用完了，自動用硬盤空間頂替。我只聽到硬盤嘎吱嘎吱地響，Window 98已經累得對鍵盤、鼠標毫無反應。

　　我可以得出這么一個結論：對于32位以上的應用程序，“內存耗盡”錯誤處理程序毫無用處。這下可把Unix和Windows程序員們樂壞了：反正錯誤處理程序不起作用，我就不寫了，省了很多麻煩。

　　我不想誤導讀者，必須強調：不加錯誤處理將導致程序的質量很差，千萬不可因小失大。

void main(void)

{

　float *p = NULL;

　while(TRUE)

　{

　　p = new float[1000000];

　　cout << “eat memory” << endl;

　　if(p==NULL)

　　　exit(1);

　}

}

復制代碼

示例7試圖耗盡操作系統的內存


　　8、malloc/free 的使用要點

　　函數malloc的原型如下：

void * malloc(size_t size);

復制代碼

用malloc申請一塊長度為length的整數類型的內存，程序如下：

int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);

復制代碼

我們應當把注意力集中在兩個要素上：“類型轉換”和“sizeof”。

　　* malloc返回值的類型是void *，所以在調用malloc時要顯式地進行類型轉換，將void * 轉換成所需要的指針類型。

　　* malloc函數本身并不識別要申請的內存是什么類型，它只關心內存的總字節數。我們通常記不住int, float等數據類型的變量的確切字節數。例如int變量在16位系統下是2個字節，在32位下是4個字節；而float變量在16位系統下是4個字節，在32位下也是4個字節。最好用以下程序作一次測試：

cout << sizeof(char) << endl;

cout << sizeof(int) << endl;

cout << sizeof(unsigned int) << endl;

cout << sizeof(long) << endl;

cout << sizeof(unsigned long) << endl;

cout << sizeof(float) << endl;

cout << sizeof(double) << endl;

cout << sizeof(void *) << endl;

復制代碼

在malloc的“()”中使用sizeof運算符是良好的風格，但要當心有時我們會昏了頭，寫出 p = malloc(sizeof(p))這樣的程序來。

　　* 函數free的原型如下：

void free( void * memblock );

復制代碼

為什么free 函數不象malloc函數那樣復雜呢？這是因為指針p的類型以及它所指的內存的容量事先都是知道的，語句free(p)能正確地釋放內存。如果p是 NULL指針，那么free對p無論操作多少次都不會出問題。如果p不是NULL指針，那么free對p連續操作兩次就會導致程序運行錯誤。

　　9、new/delete 的使用要點

　　運算符new使用起來要比函數malloc簡單得多，例如：

int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);

int *p2 = new int[length];

復制代碼

這是因為new內置了sizeof、類型轉換和類型安全檢查功能。對于非內部數據類型的對象而言，new在創建動態對象的同時完成了初始化工作。如果對象有多個構造函數，那么new的語句也可以有多種形式。例如

class Obj

{

　public :

　　Obj(void); // 無參數的構造函數

　　Obj(int x); // 帶一個參數的構造函數

　　…

}

void Test(void)

{

　Obj *a = new Obj;

　Obj *b = new Obj(1); // 初值為1

　…

　delete a;

　delete b;

}

復制代碼

如果用new創建對象數組，那么只能使用對象的無參數構造函數。例如

Obj *objects = new Obj[100]; // 創建100個動態對象

復制代碼

不能寫成

Obj *objects = new Obj[100](1);// 創建100個動態對象的同時賦初值1

復制代碼

在用delete釋放對象數組時，留意不要丟了符號‘[]’。例如

delete []objects; // 正確的用法

delete objects; // 錯誤的用法

復制代碼

后者相當于delete objects[0]，漏掉了另外99個對象。

　　10、一些心得體會

　　我認識不少技術不錯的C /C程序員，很少有人能拍拍胸脯說通曉指針與內存管理（包括我自己）。我最初學習C語言時特別怕指針，導致我開發第一個應用軟件（約1萬行C代碼）時沒有使用一個指針，全用數組來頂替指針，實在蠢笨得過分。躲避指針不是辦法，后來我改寫了這個軟件，代碼量縮小到原先的一半。

　　我的經驗教訓是：

　　（1）越是怕指針，就越要使用指針。不會正確使用指針，肯定算不上是合格的程序員。

　　（2）必須養成“使用調試器逐步跟蹤程序”的習慣，只有這樣才能發現問題的本質。

轉載于:https://www.cnblogs.com/zhangpengme/archive/2012/10/28/2743542.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C 内存分配【转】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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