一、学习内容
内存空间划分
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1、一个进程启动后，计算机会给该进程分配4G的虚拟内存
2、其中0G-3G是用户空间【程序员写代码操作部分】【应用层】
3、3G-4G是内核空间【与底层驱动有关】
4、所有进程共享3G-4G的内核空间，每个进程独立拥有0G-3G的用户空间
5、内存分区的目的是：专人专项、提高效率
栈区特点
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运行时自动分配和回收： 栈是自动管理的，程序员不需要手工干预，使用起来方便简单。
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反复使用： 栈内存在程序中其实就是那一块空间，程序反复使用这一块空间。
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脏内存： 栈内存由于反复使用，每次使用后程序不会去清理，因此分配到时如果没有初始化会保留原来的值。
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临时性： 函数不能返回栈变量的指针，因为这个空间是临时的。
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栈会溢出： 因为操作系统事先给定了栈的大小，如果在函数中无穷尽的分配栈内存总会消耗完。
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栈空间是向下增长的
堆区特点
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大块内存： 堆内存管理是总量很大的操作系统内存块，各进程可以按需申请使用，使用完释放。
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程序手动申请和释放： 手工意思是需要写代码去申请malloc()和释放free()。
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脏内存： 堆内存也是反复使用的，而且使用者用完释放前不会清除，因此也是脏的。
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临时性： 堆内存只在申请malloc()和释放free()之间属于这个进程，可以访问。在释放free()之后不能再访问，否则会有不可预料的后果。
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不可直接操作： 需要通过指针操作。
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堆空间是向上增长的
堆和栈的区别
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管理分配效率不同。栈编译器自动管理，无需程序员手工控制；而堆空间的申请释放工作由程序员控制，容易产生内存泄漏。堆的效率比栈要低
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空间大小不同。栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。
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是否产生碎片。对于堆来讲，频繁的malloc/free（new/delete）势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低（虽然程序在退出后操作系统会对内存进行回收管理）。对于栈来讲，则不会存在这个问题。
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增长方向不同。堆的增长方向是向上的，即向着内存地址增加的方向；栈的增长方向是向下的，即向着内存地址减小的方向。
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动态内存分配和回收（申请和释放）
#### malloc函数
* 功能：在堆区开辟指定字节的空间
* 头文件：#include \<stdlib.h\>
* 原型：void \*malloc(size_t size);
* 分析：返回值是void \*【通用型指针】------可以转换成任意类型的指针
* 参数是size_t size 【数据类型 size_t 64位是long int------%ld 32位是int------%d】 【size表示的是索要开辟的空间的大小】
#### free函数
* 功能：手动释放堆区空间
* 头文件：#include \<stdlib.h\>
* 原型：void free(void \*ptr); //无返回值函数 参数是void \*ptr 【通用型指针，传参直接传指针名即可】
#### 常见的内存错误
*
##### 野指针
* 原因
* 指向动态分配内存的指针在释放后，没有NULL
* 指向被删除的对象或无效对象的指针
* 接收了函数返回的局部变量的指针
* 解决方法
* malloc() free()后及时NULL
* 及时更新指针
* 编码时明确变量的作用域，不要接收返回的局部变量的指针
*
##### 内存越界
* 原因
* 访问到野指针指向的区域，越界访问
* 数组下标越界访问
* 向缓冲区写入超过其容量的数据【strcpy、strcat的例子】
* 解决方法
* 使用数组时确保下标的范围，使用循环计数或条件判断控制范围
* 使用指针时，进行if(NULL==p)的检查
* 使用strncat 和 strncpy可以确保不会溢出目标缓冲区 strcpy(dest , src); strncpy(dest , src , strlen(dest))
*
##### 内存泄漏
* 如果没有适时释放被动态分配的内存，会导致内存泄露问题。未释放的内存一直占用系统资源，使得系统变慢并最终导致崩溃。
* 原因
* 丢失了分配的内存的首地址，导致无法释放
* 每循环一次，泄露一次内存
* 非法访问常量区
* 解决方法
* 及时使用free()释放不再使用的内存
* 合理设计数据结构和算法，避免内存无线增长
* 设置合理的变量【作用域】，减少内存占用
脑图
二、作业
p 和 "hello,world"存储在内存哪个区域？( ) (鲁科安全)
int main()
{
char *p = "hello,world";
return 0;
}
解析：
字符串 "hello,world" 是一个字符串字面量，在编译时会存储在程序的 常量区（或者叫做只读数据段） 中。该区域通常是只读的，不能被修改。
变量 p 是一个指针变量，它指向字符串 "hello,world"。因为 p 是在 main() 函数中定义的局部变量，所以它存储在 栈区 中。
解答：
*p在栈区 "hello，world"在静态区中的.ro段
一个由C/C++编译的程序，会将占用的内存分为几个部分：堆、栈、代码段、数据段、BSS段。请问以下程序中的变量a、b、c、d，分别被存在内存的哪个部分？(泰华智慧)
int a = 0;
char *b;
int main()
{
int c;
static char d = 'a';
b = malloc(10);
*b = d;
return 0;
}
解析：
变量
a：变量
a是一个全局变量并且初始化为0。存储区域：数据段（已初始化的全局变量存储在数据段）。
变量
b：变量
b是一个全局指针变量，但它没有初始化。存储区域：BSS 段（未初始化的全局变量和静态变量存储在 BSS 段中）。
变量
c：变量
c是在main函数内部定义的局部变量。存储区域：栈区（局部变量存储在栈区）。
变量
d：变量
d是一个静态局部变量并初始化为'a'。存储区域：数据段（静态局部变量也存储在数据段中，因为它已初始化）。
解答：
变量a在数据段、b在bss段、c在栈区、d在数据段
如下代码：变量g_iA，g_iB，g_iC，iD，iE, iF, piG,iH 分别在内存中的什么区( ) (H3C)
int g_iA = 1;
int g_iB;
static int g_iC = 1;
void func1(){
static int iD=2;
iD++;
int iE=2;
iE++;
}
void func2(){
int iF=3;
int *piG = (int*) malloc(4);
}
int main(){
int iH = 100;
}
解析：
g_iA：这是一个已初始化的全局变量。
存储区域：data段（已初始化的全局变量存储在数据段中）。
g_iB：这是一个未初始化的全局变量。
存储区域：BSS 段（未初始化的全局变量存储在 BSS 段中）。
g_iC：这是一个已初始化的静态全局变量。
存储区域：data段（已初始化的静态全局变量也存储在数据段中）。
iD：这是在
func1函数中定义的已初始化的静态局部变量。存储区域：data段（静态局部变量存储在数据段中，无论函数是否被调用）。
iE：这是在
func1函数中定义的局部变量。存储区域：栈区（局部变量存储在栈中，每次函数调用时都会分配新的内存）。
iF：这是在
func2函数中定义的局部变量。存储区域：栈区（局部变量存储在栈中）。
piG：这是在
func2函数中定义的指针，malloc(4)动态分配了 4 字节的内存，piG指向这块内存。存储区域：栈区（指针
piG本身） 和 堆区（malloc(4)动态分配的内存）。
iH：这是在
main函数中定义的局部变量。存储区域：栈区（局部变量存储在栈中）
解答：
g_iA在静态区中的.data段、g_iB在静态区的.bss段、g_iC在静态区的.data段、iD在静态区的.data段、iE在栈区、iF在栈区、piG在栈区、iH在栈区
有关内存的思考题 (山东山大电力技术有限公司，登虹科技，昆腾微电子)
void GetMemory(char *p)
{
p =(char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str=NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str,"hello world");
printf(str);
}
请问运行 Test 函数会有什么样的结果？
char * GetMemory(void)
{
char pl[] = "hello world"; //char *p = "hello world"
return p1;
}
Void Test(void)
{
char *str=NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
请问运行 Test 函数会有什么样的结果？
void GetMemory(char **p,int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
请问运行 Test 函数会有什么样的结果？
void Test (void)
{
char *str = (char *)malloc(100);
strcpy(str,"hello");
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
请问运行 Test 函数会有什么样的结果？
解析：
1、第一段
在
GetMemory函数中，参数p是一个局部指针变量，当malloc(100)动态分配内存时，只是将地址赋值给局部的p，而不会影响调用者Test中的str。换句话说，str仍然是NULL。随后在Test中调用strcpy(str, "hello world")时，会试图向NULL指针中写入数据，这会导致 段错误（Segmentation Fault）。2、第二段
GetMemory函数中，p1[]是一个局部数组，存储在栈区。当GetMemory函数返回时，栈帧将被释放，局部变量p1将变为无效。虽然GetMemory返回p1的地址，但是这个地址指向已经被释放的栈空间，尝试访问该地址的内容是未定义行为。3、第三段
在
GetMemory中，传递的是str的地址（&str），因此函数可以正确地分配内存并将其赋值给str。随后strcpy(str, "hello world")将字符串拷贝到分配的内存中，并调用printf(str)输出字符串。4、第四段
malloc(100)分配了 100 字节的内存，随后strcpy(str, "hello")将字符串"hello"拷贝到这块内存。free(str)释放了str指向的内存。虽然在C中，调用free并不会自动将指针置为NULL，但在if (str != NULL)语句中，str依然保持其原来的值（它指向已释放的内存）。由于内存已经被释放，再次尝试strcpy(str, "world")将会向一块已经释放的内存写入数据，这是未定义行为。
解答：
第一段：段错误
第二段：段错误
第三段："hello,world"
第四段：程序崩溃
堆和栈的区别是什么？ (矩阵软件)
解答：
管理分配效率不同。栈编译器自动管理，无需程序员手工控制；而堆空间的申请释放工作由程序员控制，容易产生内存泄漏。堆的效率比栈要低
空间大小不同。栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。
是否产生碎片。对于堆来讲，频繁的malloc/free（new/delete）势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低（虽然程序在退出后操作系统会对内存进行回收管理）。对于栈来讲，则不会存在这个问题。
增长方向不同。堆的增长方向是向上的，即向着内存地址增加的方向；栈的增长方向是向下的，即向着内存地址减小的方向。
什么是内存泄漏？面对内存泄漏和指针越界，你有哪些方法？(山大华天，智洋创新)
解答：
1、如果没有适时释放被动态分配的内存，会导致内存泄露问题。未释放的内存一直占用系统资源，使得系统变慢并最终导致崩溃。
2、
及时使用free()释放不再使用的内存
合理设计数据结构和算法，避免内存无线增长
设置合理的变量【作用域】，减少内存占用
三、总结
1. 学习内容概述
内存管理
通过对堆和栈的详细讨论，讲解了内存分配的过程。栈用于自动变量分配，堆用于动态内存分配.
动态内存分配与回收
使用 `malloc`、`free` 等函数来分配和释放内存。
重点包括 `malloc()` 函数的使用方法、返回指针的类型、以及如何合理使用 `free()` 函数来释放动态内存，避免内存泄漏。
内存优化
结合了动态分配的方式和内存碎片问题，指出合理的内存使用和优化内存分配策略的重要性。
高性能与低性能
介绍了高效的内存使用方法以及可能导致低效的内存管理方式，提醒避免内存碎片和滥用动态内存分配。
2. 学习难点
指针的正确使用
在 `malloc()` 函数中分配内存时，返回的指针类型需要转换为适当的类型。初学者容易犯错的地方在于未进行正确的类型转换，或者忘记 `free()` 导致内存泄漏。
内存泄漏
在动态内存分配中，忘记释放不再使用的内存会导致内存泄漏问题，尤其是在大型程序中，内存泄漏将对程序性能产生严重影响。
内存碎片化
不合理的内存分配会导致内存的碎片化问题，影响程序的执行效率，理解并优化内存分配策略具有一定难度。
3. 主要事项
内存分配时需要注意内存对齐
在某些平台上，内存分配需要根据特定的对齐要求进行，否则可能导致性能问题或程序崩溃。
动态内存分配的错误处理
如果 `malloc()` 返回 `NULL`，应及时处理以避免空指针引用。
合理使用 `free()` 释放内存
避免在释放后继续使用已释放的内存，使用悬空指针可能会导致未定义行为。
优化程序的内存使用
避免频繁的内存分配和释放操作，减少内存碎片问题。
4. 未来学习的重点
深度理解内存分配的机制
更深入地理解堆栈的使用区别，尤其在不同平台上的表现差异。
内存调试工具的使用
掌握调试工具（如 `valgrind`）用于检测内存泄漏和内存管理错误，帮助排查问题。
进一步研究复杂数据结构中的内存管理
学习如何在链表、树、图等复杂数据结构中进行有效的动态内存分配和释放。
多线程程序中的内存管理
在并发编程中，了解内存管理的挑战，尤其是当多个线程共享内存时的同步问题。