黑馬程序員C語言基礎(chǔ)（第一天）

黑馬程序員C語言基礎(chǔ)（第二天）

黑馬程序員C語言基礎(chǔ)（第三天）

黑馬程序員C語言基礎(chǔ)（第四天）數(shù)據(jù)類型

黑馬程序員C語言基礎(chǔ)（第五天）運算符與表達(dá)式、程序流程結(jié)構(gòu)、數(shù)組和字符串、函數(shù)

黑馬程序員C語言基礎(chǔ)（第六天）指針

黑馬程序員C語言基礎(chǔ)（第七天）內(nèi)存管理

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文章目錄

• 內(nèi)存管理
• • 作用域
  • • 8.1.1 局部變量（auto自動變量）
    • 8.1.2 靜態(tài)(static)局部變量
    • • 普通局部變量和靜態(tài)（static）局部變量的區(qū)別
    • 8.1.3 全局變量
    • • 跨文件使用全局變量示例（沒用頭文件）
      • 跨文件使用全局變量示例（用頭文件）
    • 8.1.4 靜態(tài)(static)全局變量
    • 8.1.5 extern全局變量聲明
    • 8.1.6 全局函數(shù)（普通函數(shù)）和靜態(tài)函數(shù)（static函數(shù)）
    • 8.1.7 總結(jié)
  • 8.2 內(nèi)存布局
  • • 8.2.1 內(nèi)存分區(qū)（text代碼區(qū)、data區(qū)、bss區(qū)、棧區(qū)、堆區(qū)）
    • 8.2.2 存儲類型總結(jié)（有用！）
    • • 棧越界：指分配的內(nèi)存空間超出了棧的范圍（ulimit -a）
    • 8.2.3 存儲類型總結(jié)內(nèi)存操作函數(shù)
    • • 1) memset()（將s的內(nèi)存區(qū)域的前n個字節(jié)以字符c填入）（注意是以字節(jié)為單位填入，一個字節(jié)填入一個字符的ascii碼）
      • 2) memcpy()（拷貝src所指的內(nèi)存內(nèi)容的前n個字節(jié)到dest所值的內(nèi)存地址上）（即使遇到 \0 也能拷貝）
      • 3) memmove()（內(nèi)存重疊時代替memcpy()使用）（內(nèi)存重疊：使用memcpy拷貝的過程中原數(shù)組值發(fā)生變化，使得結(jié)果不正確）（踩內(nèi)存）
      • 4) memcmp()（主要用來比較兩個地址前n個字節(jié)是否相等）
    • 8.2.4 堆區(qū)內(nèi)存分配和釋放
    • • 1)malloc()
      • 2)free()
  • 8.3 內(nèi)存分區(qū)代碼分析(在Linux下測試)
  • • 1) 返回棧區(qū)地址
    • 2) 返回data區(qū)地址
    • 3) 值傳遞1
    • 4) 值傳遞2
    • 5) 返回堆區(qū)地址（較上面兩種完美）

內(nèi)存管理

作用域

C語言變量的作用域分為：

• 代碼塊作用域(代碼塊是{}之間的一段代碼)
• 函數(shù)作用域
• 文件作用域

8.1.1 局部變量（auto自動變量）

局部變量也叫auto自動變量(auto可寫可不寫)，一般情況下代碼塊{}內(nèi)部定義的變量都是自動變量，它有如下特點：

• 在一個函數(shù)內(nèi)定義，只在函數(shù)范圍內(nèi)有效
• 在復(fù)合語句中定義，只在復(fù)合語句中有效
• 隨著函數(shù)調(diào)用的結(jié)束或復(fù)合語句的結(jié)束局部變量的聲明聲明周期也結(jié)束
• 如果沒有賦初值，內(nèi)容為隨機

注意：auto關(guān)鍵字在c++ .cpp文件下不能識別

#include <stdio.h>void test() {//auto寫不寫是一樣的//auto只能出現(xiàn)在{}內(nèi)部auto int b = 10; }int main(void) {//b = 100; //err， 在main作用域中沒有bif (1){//在復(fù)合語句中定義，只在復(fù)合語句中有效int a = 10;printf("a = %d\n", a);}//a = 10; //err離開if()的復(fù)合語句，a已經(jīng)不存在return 0; }

8.1.2 靜態(tài)(static)局部變量

• static局部變量的作用域也是在定義的函數(shù)內(nèi)有效
• static局部變量的生命周期和程序運行周期一樣，同時staitc局部變量的值只初始化一次（如：static int i =10;只能運行一次），但可以賦值多次
• static局部變量若未賦以初值，則由系統(tǒng)自動賦值：數(shù)值型變量自動賦初值0，字符型變量賦空字符

#include <stdio.h>void fun1() {int i = 0;i++;printf("i = %d\n", i); }void fun2() {//靜態(tài)局部變量，沒有賦值，系統(tǒng)賦值為0，而且只會初始化一次static int a;a++;printf("a = %d\n", a); }int main(void) {fun1();fun1();fun2();fun2();return 0; }

結(jié)果：

i = 1 i = 1 a = 1 a = 2

普通局部變量和靜態(tài)（static）局部變量的區(qū)別

8.1.3 全局變量

聲明用extern關(guān)鍵字聲明

跨文件使用全局變量也同樣要先聲明

• 在函數(shù)外定義，可被本文件及其它文件中的函數(shù)所共用，若其它文件中的函數(shù)調(diào)用此變量,須用extern聲明
• 全局變量的生命周期和程序運行周期一樣
• 不同文件的全局變量不可重名

跨文件使用全局變量示例（沒用頭文件）

main.cpp

#include <stdio.h>int main(void) {extern void test();test();extern int a;extern int b;a = 111;b = 222;printf("a = %d, b= %d\n", a, b);return 0; }

fun.cpp

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <String.h>int a = 10; int b = 5; void test() {a = 1;b = 1; }

運行結(jié)果：

a = 111, b= 222

跨文件使用全局變量示例（用頭文件）

main.cpp

#include <stdio.h> #include "test.h"int main(void) {test();a = 111;b = 222;printf("a = %d, b= %d\n", a, b);return 0; }

fun.cpp

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <String.h>int a = 10; int b = 5; void test() {a = 1;b = 1; }

test.h

#pragma once extern void test(); extern int a; extern int b;

運行結(jié)果：

a = 111, b= 222

8.1.4 靜態(tài)(static)全局變量

• 在函數(shù)外定義,作用范圍被限制在所定義的文件中
• 不同文件靜態(tài)全局變量可以重名,但作用域不沖突
• static全局變量的生命周期和程序運行周期一樣，同時staitc全局變量的值只初始化一次

8.1.5 extern全局變量聲明

extern int a;聲明一個變量，這個變量在別的文件中已經(jīng)定義了，這里只是聲明，而不是定義。

8.1.6 全局函數(shù)（普通函數(shù)）和靜態(tài)函數(shù)（static函數(shù)）

在C語言中函數(shù)默認(rèn)都是全局的，使用關(guān)鍵字static可以將函數(shù)聲明為靜態(tài)，函數(shù)定義為static就意味著這個函數(shù)只能在定義這個函數(shù)的文件中使用，在其他文件中不能調(diào)用，即使在其他文件中聲明這個函數(shù)都沒用。

對于不同文件中的staitc函數(shù)名字可以相同。

注意：

• 允許在不同的函數(shù)中使用相同的變量名，它們代表不同的對象，分配不同的單元，互不干擾。
• 同一源文件中,允許全局變量和局部變量同名，在局部變量的作用域內(nèi)，全局變量不起作用。
• 所有的函數(shù)默認(rèn)都是全局的，意味著所有的函數(shù)都不能重名，但如果是staitc函數(shù)，那么作用域是文件級的，所以不同的文件static函數(shù)名是可以相同的。

8.1.7 總結(jié)

auto變量就是局部變量（普通變量），extern變量就是全局變量，extern函數(shù)就是普通函數(shù)

8.2 內(nèi)存布局

size ./out
可以看區(qū)？

還真可以！

dontla@dontla-virtual-machine:~/桌面/test$ size testtext data bss dec hex filename1820 608 8 2436 984 test

8.2.1 內(nèi)存分區(qū)（text代碼區(qū)、data區(qū)、bss區(qū)、棧區(qū)、堆區(qū)）

C代碼經(jīng)過預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接4步后生成一個可執(zhí)行程序。
在 Linux 下，程序是一個普通的可執(zhí)行文件，以下列出一個二進(jìn)制可執(zhí)行文件的基本情況：

通過上圖可以得知，在沒有運行程序前，也就是說程序沒有加載到內(nèi)存前，可執(zhí)行程序內(nèi)部已經(jīng)分好3段信息，分別為代碼區(qū)（text）、數(shù)據(jù)區(qū)（data）和未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（bss）3 個部分（有些人直接把data和bss合起來叫做靜態(tài)區(qū)或全局區(qū)）。

• 代碼區(qū)
  存放 CPU 執(zhí)行的機器指令。通常代碼區(qū)是可共享的（即另外的執(zhí)行程序可以調(diào)用它），使其可共享的目的是對于頻繁被執(zhí)行的程序，只需要在內(nèi)存中有一份代碼即可。代碼區(qū)通常是只讀的，使其只讀的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外，代碼區(qū)還規(guī)劃了局部變量的相關(guān)信息。

• 全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)（data段）
  該區(qū)包含了在程序中明確被初始化的全局變量、已經(jīng)初始化的靜態(tài)變量（包括全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量）和常量數(shù)據(jù)（如字符串常量）。

• 未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（又叫 bss 區(qū)）
  存入的是全局未初始化變量和未初始化靜態(tài)變量。未初始化數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)在程序開始執(zhí)行之前被內(nèi)核初始化為 0 或者空（NULL）。

程序在加載到內(nèi)存前，代碼區(qū)和全局區(qū)(data和bss)的大小就是固定的，程序運行期間不能改變。然后，運行可執(zhí)行程序，系統(tǒng)把程序加載到內(nèi)存，除了根據(jù)可執(zhí)行程序的信息分出代碼區(qū)（text）、數(shù)據(jù)區(qū)（data）和未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（bss）之外，還額外增加了棧區(qū)、堆區(qū)。

• 代碼區(qū)（text segment）
  加載的是可執(zhí)行文件代碼段，所有的可執(zhí)行代碼都加載到代碼區(qū)，這塊內(nèi)存是不可以在運行期間修改的。

• 未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（BSS）（Block Started by Symbol）
  加載的是可執(zhí)行文件BSS段，位置可以分開亦可以緊靠數(shù)據(jù)段，存儲于數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)（全局未初始化，靜態(tài)未初始化數(shù)據(jù)）的生存周期為整個程序運行過程。

• 全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)（data segment）
  加載的是可執(zhí)行文件數(shù)據(jù)段，存儲于數(shù)據(jù)段（全局初始化，靜態(tài)初始化數(shù)據(jù)，文字常量(只讀)）的數(shù)據(jù)的生存周期為整個程序運行過程。

• 棧區(qū)（stack）
  棧是一種先進(jìn)后出的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，由編譯器自動分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值、返回值、局部變量等。在程序運行過程中實時加載和釋放，因此，局部變量的生存周期為申請到釋放該段棧空間。

• 堆區(qū)（heap）
  堆是一個大容器，它的容量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于棧，但沒有棧那樣先進(jìn)后出的順序。用于動態(tài)內(nèi)存分配。堆在內(nèi)存中位于BSS區(qū)和棧區(qū)之間。一般由程序員分配和釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時由操作系統(tǒng)回收。

8.2.2 存儲類型總結(jié)（有用！）

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>int e; static int f; int g = 10; static int h = 10; int main() {int a;int b = 10;static int c;static int d = 10;char *i = "test";char *k = NULL;printf("&a\t %p\t //局部未初始化變量\n", &a);printf("&b\t %p\t //局部初始化變量\n", &b);printf("&c\t %p\t //靜態(tài)局部未初始化變量\n", &c);printf("&d\t %p\t //靜態(tài)局部初始化變量\n", &d);printf("&e\t %p\t //全局未初始化變量\n", &e);printf("&f\t %p\t //全局靜態(tài)未初始化變量\n", &f);printf("&g\t %p\t //全局初始化變量\n", &g);printf("&h\t %p\t //全局靜態(tài)初始化變量\n", &h);printf("i\t %p\t //只讀數(shù)據(jù)(文字常量區(qū))\n", i);k = (char *)malloc(10);printf("k\t %p\t //動態(tài)分配的內(nèi)存\n", k);return 0; } &a 00D3FA00 //局部未初始化變量 &b 00D3F9F4 //局部初始化變量 &c 0118A18C //靜態(tài)局部未初始化變量 &d 0118A048 //靜態(tài)局部初始化變量 &e 0118A184 //全局未初始化變量 &f 0118A188 //全局靜態(tài)未初始化變量 &g 0118A040 //全局初始化變量 &h 0118A044 //全局靜態(tài)初始化變量 i 01187B30 //只讀數(shù)據(jù)(文字常量區(qū)) k 00FF04D0 //動態(tài)分配的內(nèi)存

棧越界：指分配的內(nèi)存空間超出了棧的范圍（ulimit -a）

在linux下用ulimit -a指令查看各個空間大小：

可以看到棧的空間為8192kbytes，也就是8Mb

dontla@dontla-virtual-machine:~/桌面/test$ ulimit -a core file size (blocks, -c) 0 data seg size (kbytes, -d) unlimited scheduling priority (-e) 0 file size (blocks, -f) unlimited pending signals (-i) 111644 max locked memory (kbytes, -l) 65536 max memory size (kbytes, -m) unlimited open files (-n) 1024 pipe size (512 bytes, -p) 8 POSIX message queues (bytes, -q) 819200 real-time priority (-r) 0 stack size (kbytes, -s) 8192 cpu time (seconds, -t) unlimited max user processes (-u) 111644 virtual memory (kbytes, -v) unlimited file locks (-x) unlimited

放visual studio上也會報錯：（但大小好像不太一樣？）

8.2.3 存儲類型總結(jié)內(nèi)存操作函數(shù)

1) memset()（將s的內(nèi)存區(qū)域的前n個字節(jié)以字符c填入）（注意是以字節(jié)為單位填入，一個字節(jié)填入一個字符的ascii碼）

#include <string.h> void *memset(void *s, int c, size_t n); 功能：將s的內(nèi)存區(qū)域的前n個字節(jié)以參數(shù)c填入 參數(shù)：s：需要操作內(nèi)存s的首地址c：填充的字符，c雖然參數(shù)為int，但必須是unsigned char , 范圍為0~255n：指定需要設(shè)置的大小 返回值：s的首地址 #include <stdio.h> #include <String.h>int main() {int a[10];memset(a, 0, sizeof(a));memset(a, 97, sizeof(a));//memset(a, 'a', sizeof(a));//都可以int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%c\n", a[i]);}return 0; }

結(jié)果：

a a a a a a a a a a

示例：以字節(jié)為單位初始化

2) memcpy()（拷貝src所指的內(nèi)存內(nèi)容的前n個字節(jié)到dest所值的內(nèi)存地址上）（即使遇到 \0 也能拷貝）

#include <string.h> void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n); 功能：拷貝src所指的內(nèi)存內(nèi)容的前n個字節(jié)到dest所值的內(nèi)存地址上。 參數(shù)：dest：目的內(nèi)存首地址src：源內(nèi)存首地址，注意：dest和src所指的內(nèi)存空間不可重疊n：需要拷貝的字節(jié)數(shù) 返回值：dest的首地址

示例1：

#include "cal.h" #include<stdio.h> int main() { int a[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };int b[10] = {0};memcpy(b, a, sizeof(a));for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d, ",*(b+i));}printf("\n");//memcpy(&a[3], a, 5 * sizeof(int)); //err, 內(nèi)存重疊 }

結(jié)果：

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,

示例2：

#include <stdio.h> #include <String.h>int main() {char p[] = "adfsfdsf\0assfs";//printf("%s\n", p);//adfsfdsf//printf("%d\n",sizeof(p));//15char buf[100];strncpy_s(buf, p, sizeof(p));printf("%s\n", buf);//adfsfdsfprintf("%s\n", buf + strlen("adfsfdsf") + 1);//無（說明strncpy沒法將\0后面的字符拷貝過去）memset(buf, 0, sizeof(buf));memcpy(buf, p, sizeof(p));printf("%s\n", buf);//adfsfdsfprintf("%s\n", buf + strlen("adfsfdsf") + 1);//assfsreturn 0; }

3) memmove()（內(nèi)存重疊時代替memcpy()使用）（內(nèi)存重疊：使用memcpy拷貝的過程中原數(shù)組值發(fā)生變化，使得結(jié)果不正確）（踩內(nèi)存）

memmove()功能用法和memcpy()一樣，區(qū)別在于：dest和src所指的內(nèi)存空間重疊時，memmove()仍然能處理，不過執(zhí)行效率比memcpy()低些。

4) memcmp()（主要用來比較兩個地址前n個字節(jié)是否相等）

#include <string.h> int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n); 功能：比較s1和s2所指向內(nèi)存區(qū)域的前n個字節(jié) 參數(shù)：s1：內(nèi)存首地址1s2：內(nèi)存首地址2n：需比較的前n個字節(jié) 返回值：相等：=0大于：>0小于：<0 #include <stdio.h> #include <String.h>int main() {int a[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };int b[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };int flag = memcmp(a, b, sizeof(a));printf("flag = %d\n", flag);//flag = 0 }

8.2.4 堆區(qū)內(nèi)存分配和釋放

1)malloc()

#include <stdlib.h> void *malloc(size_t size); 功能：在內(nèi)存的動態(tài)存儲區(qū)(堆區(qū))中分配一塊長度為size字節(jié)的連續(xù)區(qū)域，用來存放類型說明符指定的類型。分配的內(nèi)存空間內(nèi)容不確定，一般使用memset初始化。 參數(shù)：size：需要分配內(nèi)存大小(單位：字節(jié)) 返回值： 成功：分配空間的起始地址 失敗：NULL #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <string.h>int main() {int count, * array, n;printf("請輸入要申請數(shù)組的個數(shù):\n");scanf_s("%d", &n);array = (int*)malloc(n * sizeof(int));if (array == NULL){printf("申請空間失敗!\n");return -1;}//將申請到空間清0memset(array, 0, sizeof(int) * n);for (count = 0; count < n; count++) /*給數(shù)組賦值*///array[count] = count;//提示波浪線？*(array + count) = count;//不提示for (count = 0; count < n; count++) /*打印數(shù)組元素*/printf("%2d", *(array+count));free(array);return 0; }

結(jié)果：

請輸入要申請數(shù)組的個數(shù): 60 1 2 3 4 5

注意，。melloc(0)運行時不會報錯，但調(diào)試最后free空間時會報這樣的錯誤：

2)free()

#include <stdlib.h> void free(void *ptr); 功能：釋放ptr所指向的一塊內(nèi)存空間，ptr是一個任意類型的指針變量，指向被釋放區(qū)域的首地址。對同一內(nèi)存空間多次釋放會出錯。 參數(shù)： ptr：需要釋放空間的首地址，被釋放區(qū)應(yīng)是由malloc函數(shù)所分配的區(qū)域。 返回值：無

示例：

#include <stdio.h> #include <String.h> #include<stdlib.h> int main() {int* address = (int*)malloc(sizeof(int));if (address==NULL) {printf("分配失敗！\n");return -1;}else if (address!=NULL) {*address = 11;}printf("%d\n", *address);//11if (NULL!=address) {free(address);address = NULL;}//printf("%d\n", *address);//運行時不報錯，調(diào)試的時候報錯，address是空指針//*address = 12;//運行時不報錯，調(diào)試的時候報錯 }

8.3 內(nèi)存分區(qū)代碼分析(在Linux下測試)

1) 返回棧區(qū)地址

#include <stdio.h>int* fun() {int a = 10;return &a;//函數(shù)調(diào)用完畢，a釋放//通過visual studio調(diào)試發(fā)現(xiàn)，雖然a沒了，但是原先a指向的內(nèi)存里的值還在，所以不會報錯，//但在linux，報錯顯示不能返回局部變量的地址return &a }int main(int argc, char* argv[]) {int* p = NULL;p = fun();*p = 100;printf("%d\n",*p);//100return 0; }

2) 返回data區(qū)地址

#include <stdio.h>int* fun() {static int a = 10;return &a; //函數(shù)調(diào)用完畢，a不釋放 }int main(int argc, char* argv[]) {int* p = NULL;p = fun();*p = 100; //okprintf("*p = %d\n", *p);//*p = 100return 0; }

3) 值傳遞1

示例1：值傳遞，形參修改不會影響實參

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>void fun(int* tmp) {tmp = (int*)malloc(sizeof(int));if (NULL!=tmp) {*tmp = 100;} }int main(int argc, char* argv[]) {int a = 1;int* p = &a;fun(p); //值傳遞，形參修改不會影響實參printf("*p = %d\n", *p);//err，操作空指針指向的內(nèi)存return 0; }

示例2：

4) 值傳遞2

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>void fun(int* tmp) {*tmp = 100; }int main(int argc, char* argv[]) {int* p = NULL;p = (int*)malloc(sizeof(int));fun(p); //值傳遞if (NULL!=p) {printf("*p = %d\n", *p); //ok，*p為100}return 0; }

5) 返回堆區(qū)地址（較上面兩種完美）

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>int* fun() {int* tmp = NULL;tmp = (int*)malloc(sizeof(int));if (NULL!=tmp) {*tmp = 100;}return tmp;//返回堆區(qū)地址，函數(shù)調(diào)用完畢，不釋放 }int main(int argc, char* argv[]) {int* p = NULL;p = fun();printf("*p = %d\n", *p);//ok//堆區(qū)空間，使用完畢，手動釋放if (p != NULL){free(p);p = NULL;}return 0; }

https://www.bilibili.com/video/BV1jW411K7z8/?p=42&spm_id_from=pageDriver

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的黑马程序员C语言基础（第七天）内存管理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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