淺談內(nèi)存分配那些事

在一個C語言程序中，能夠獲取的內(nèi)存就是三種情況：棧（stack）、堆（heap）、數(shù)據(jù)區(qū)（.data）

棧的詳解

運行時自動分配&自動回收：棧是自動管理的，程序員不需要手工干預。方便簡單。

反復使用：棧內(nèi)存在程序中其實就是那一塊空間，程序反復使用這一塊空間。

臟內(nèi)存：棧內(nèi)存由于反復使用，每次使用后程序不會去清理，因此分配到時保留原來的值。

臨時性：（函數(shù)不能返回棧變量的指針，因為這個空間是臨時的）

棧會溢出：因為操作系統(tǒng)事先給定了棧的大小，如果在函數(shù)中無窮盡的分配棧內(nèi)存總能用完。

堆內(nèi)存詳解

操作系統(tǒng)堆管理器管理：堆管理器是操作系統(tǒng)的一個模塊，堆管理內(nèi)存分配靈活，按需分配。

大塊內(nèi)存：堆內(nèi)存管理者總量很大的操作系統(tǒng)內(nèi)存塊，各進程可以按需申請使用，使用完釋放。

程序手動申請&釋放：手工意思是需要寫代碼去申請malloc和釋放free。

臟內(nèi)存：堆內(nèi)存也是反復使用的，而且使用者用完釋放前不會清除，因此也是臟的。

臨時性：堆內(nèi)存只在malloc和free之間屬于我這個進程，而可以訪問。在malloc之前和free之后都不能再訪問，否則會有不可預料的后果。

堆內(nèi)存使用范例

(1)void *是個指針類型，malloc返回的是一個void *類型的指針，實質(zhì)上malloc返回的是堆管理器分配給我本次申請的那段內(nèi)存空間的首地址（malloc返回的值其實是一個數(shù)字，這個數(shù)字表示一個內(nèi)存地址）。為什么要使用void *作為類型？主要原因是malloc幫我們分配內(nèi)存時只是分配了內(nèi)存空間，至于這段空間將來用來存儲什么類型的元素malloc是不關心的，由我們程序自己來決定。

(2)什么是void類型。早期被翻譯成空型，這個翻譯非常不好，會誤導人。void類型不表示沒有類型，而表示萬能類型。void的意思就是說這個數(shù)據(jù)的類型當前是不確定的，在需要的時候可以再去指定它的具體類型。void *類型是一個指針類型，這個指針本身占4個字節(jié)，但是指針指向的類型是不確定的，換句話說這個指針在需要的時候可以被強制轉(zhuǎn)化成其他任何一種確定類型的指針，也就是說這個指針可以指向任何類型的元素。

(3)malloc的返回值：成功申請空間后返回這個內(nèi)存空間的指針，申請失敗時返回NULL。所以malloc獲取的內(nèi)存指針使用前一定要先檢驗是否為NULL。

(4)malloc申請的內(nèi)存時用完后要free釋放。free(p);會告訴堆管理器這段內(nèi)存我用完了你可以回收了。堆管理器回收了這段內(nèi)存后這段內(nèi)存當前進程就不應該再使用了。因為釋放后堆管理器就可能把這段內(nèi)存再次分配給別的進程，所以你就不能再使用了。

(5)再調(diào)用free歸還這段內(nèi)存之前，指向這段內(nèi)存的指針p一定不能丟（也就是不能給p另外賦值）。因為p一旦丟失這段malloc來的內(nèi)存就永遠的丟失了（內(nèi)存泄漏），直到當前程序結(jié)束時操作系統(tǒng)才會回收這段內(nèi)存。

malloc的一些細節(jié)表現(xiàn)

malloc(0)

malloc申請0字節(jié)內(nèi)存本身就是一件無厘頭事情，一般不會碰到這個需要。

如果真的malloc(0)返回的是NULL還是一個有效指針？答案是：實際分配了16Byte的一段內(nèi)存并且返回了這段內(nèi)存的地址。這個答案不是確定的，因為C語言并沒有明確規(guī)定malloc(0)時的表現(xiàn)，由各malloc函數(shù)庫的實現(xiàn)者來定義。

malloc(4)

gcc中的malloc默認最小是以16B為分配單位的。如果malloc小于16B的大小時都會返回一個16字節(jié)的大小的內(nèi)存。malloc實現(xiàn)時沒有實現(xiàn)任意自己的分配而是允許一些大小的塊內(nèi)存的分配。

代碼段、數(shù)據(jù)段、bss段

(1)編譯器在編譯程序的時候，將程序中的所有的元素分成了一些組成部分，各部分構(gòu)成一個段，所以說段是可執(zhí)行程序的組成部分。

(2)代碼段：代碼段就是程序中的可執(zhí)行部分，直觀理解代碼段就是函數(shù)堆疊組成的。

(3)數(shù)據(jù)段（也被稱為數(shù)據(jù)區(qū)、靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)、靜態(tài)區(qū)）：數(shù)據(jù)段就是程序中的數(shù)據(jù)，直觀理解就是C語言程序中的全局變量。（注意：全局變量才算是程序的數(shù)據(jù)，局部變量不算程序的數(shù)據(jù)，只能算是函數(shù)的數(shù)據(jù)）

(4)bss段（又叫ZI(zero initial)段）：bss段的特點就是被初始化為0，bss段本質(zhì)上也是屬于數(shù)據(jù)段，bss段就是被初始化為0的數(shù)據(jù)段。

注意區(qū)分：數(shù)據(jù)段（.data）和bss段的區(qū)別和聯(lián)系：二者本來沒有本質(zhì)區(qū)別，都是用來存放C程序中的全局變量的。區(qū)別在于把顯示初始化為非零的全局變量存在.data段中，而把顯式初始化為0或者并未顯式初始化（C語言規(guī)定未顯式初始化的全局變量值默認為0）的全局變量存在bss段。

有些特殊數(shù)據(jù)會被放到代碼段

(1)C語言中使用char *p = "linux";定義字符串時，字符串"linux"實際被分配在代碼段，也就是說這個"linux"字符串實際上是一個常量字符串而不是變量字符串。

(2)const型常量：C語言中const關鍵字用來定義常量，常量就是不能被改變的量。const的實現(xiàn)方法至少有2種：第一種就是編譯將const修飾的變量放在代碼段去以實現(xiàn)不能修改（普遍見于各種單片機的編譯器）；第二種就是由編譯器來檢查以確保const型的常量不會被修改，實際上const型的常量還是和普通變量一樣放在數(shù)據(jù)段的（gcc中就是這樣實現(xiàn)的）。

顯式初始化為非零的全局變量和靜態(tài)局部變量放在數(shù)據(jù)段

(1)放在.data段的變量有2種：第一種是顯式初始化為非零的全局變量。第二種是靜態(tài)局部變量，也就是static修飾的局部變量。（普通局部變量分配在棧上，靜態(tài)局部變量分配在.data段）

未初始化或顯式初始化為0的全局變量放在bss段

(1)bss段和.data段并沒有本質(zhì)區(qū)別，幾乎可以不用明確去區(qū)分這兩種。

C語言中所有變量和常量所使用的內(nèi)存無非以上三種情況。

(1)相同點：三種獲取內(nèi)存的方法，都可以給程序提供可用內(nèi)存，都可以用來定義變量給程序用。

(2)不同點：棧內(nèi)存對應C中的普通局部變量（別的變量還用不了棧，而且棧是自動的，由編譯器和運行時環(huán)境共同來提供服務的，程序員無法手工控制）；堆內(nèi)存完全是獨立于我們的程序存在和管理的，程序需要內(nèi)存時可以去手工申請malloc，使用完成后必須盡快free釋放。（堆內(nèi)存對程序就好象公共圖書館對于人）；數(shù)據(jù)段對于程序來說對應C程序中的全局變量和靜態(tài)局部變量。

(3)如果我需要一段內(nèi)存來存儲數(shù)據(jù)，我究竟應該把這個數(shù)據(jù)存儲在哪里？（或者說我要定義一個變量，我究竟應該定義為局部變量還是全局變量還是用malloc來實現(xiàn)）。不同的存儲方式有不同的特點，簡單總結(jié)如下：

* 函數(shù)內(nèi)部臨時使用，出了函數(shù)不會用到，就定義局部變量

* 堆內(nèi)存和數(shù)據(jù)段幾乎擁有完全相同的屬性，大部分時候是可以完全替換的。但是生命周期不一

 堆內(nèi)存的生命周期是從malloc開始到free結(jié)束，而全局變量是從整個程序一開始執(zhí)行就開始，

 直到整個程序結(jié)束才會消滅，伴隨程序運行的一生。啟示：如果你這個變量只是在程序的一個

 階段有用，用完就不用了，就適合用堆內(nèi)存；如果這個變量本身和程序是一生相伴的，那就

 適合用全局變量。（堆內(nèi)存就好象租房、數(shù)據(jù)段就好象買房。堆內(nèi)存就好象圖書館借書，數(shù)

 據(jù)段就好象自己書店買書）你以后會慢慢發(fā)現(xiàn)：買不如租，堆內(nèi)存的使用比全局變量廣泛。