C语言基础13(内存管理)

快乐飒男2024-12-15 20:11

文章目录

常量指针和指针常量

常量：分为字面量和只读常量，字面量就是我们平时直接操作的量:printf("%d\n",12);printf("%s\n","hello");只读常量，使用关键字const修饰，凡是被这个关键字修饰的变量，一旦赋值，值就不能改变

c 复制代码 
//字面量
printf("%d\n",12);

//只读常量
const int a = 10;
a = 21;//编译错误，因为此时这个变量是只读常量，所以不可更改其值

常量指针

定义：常量的指针，本质是一个指针，指向的数据不能改变

定义格式：

c 复制代码 
const 数据类型 *变量名;

举例：

c 复制代码 
const int *p;//p就是常量指针

结论

1.常量指针指向的数据不能被改变(不能解引用修改数据)

2.常量指针的地址可以改变（指向是可以改变）

应用场景：作为形式参数，实际参数需要给一个常量

c 复制代码 
void arr(int *array,int len){.. }
c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    //定义变量
    int a = 10;

    //定义常量指针
    const int *p = &a;

   // * p = 100;//编译报错，常量的值不能被改变
    printf("%d\n",*p);

    //定义变量
    int b = 20;
    p = &b;  //编译通过，常量的地址可以被改变
    printf("%d\n",*p);//20

    return 0;
}

指针常量

定义：指针的常量，指针的指向不能改变

定义格式：

c 复制代码 
数据类型* const 变量名:

举例：

c 复制代码 
int* const p;//指针常量

结论：

1.指针常量的指向不能改变(不能给指针变量重新赋地址值)

2.指针常量的指向的数据可以改变

注意：指针常量在定义时就要赋值；不能先定义后赋值，否则编译报错

常量指针常量

定义语法：

c 复制代码 
const 数据类型* const 变量名;

举例：

c 复制代码 
const int* const p;

作用：p的指向不能被改变(地址不可更改),p指向的数据不能改变(地址对应的数据不可更改)

数据段包含常量池

栈内存

什么东西存储在栈内存中？

  • 环境变量

  • 命令行参数

  • 局部变量(包括形参)

  • 栈内存有什么特点？

    • 空间有限，尤其在嵌入式环境下。因此不可以用来存储尺寸太大的变量。

    • 每当一个函数被调用，栈就会向下增长一段，用以存储该函数的局部变量。

    • 每当一个函数退出，栈就会向上缩减一段，将该函数的局部变量所占内存归还给系统。

  • 注意：

栈内存的分配和释放，都是由系统规定的，我们无法干预

静态数据

C语言中，静态数据有两种：

  • 全局变量：定义在函数外部的变量。

  • 静态局部变量：定义在函数内部，且被static修饰的变量。

示例：

c 复制代码 
int a; // 全局变量，退出整个程序之前不会释放
void f(void)
{
static int b; // 静态局部变量，退出整个程序之前不会释放
printf("%d\n", b);
b++;
}
int main(void)
{
f();
f(
  • 为什么需要静态数据？

  1. 全局变量在默认的情况下，对所有文件可见，为某些需要在各个不同文件和函数间访问的数据提供操作上的方便。

  2. 当我们希望一个函数退出后依然能保留局部变量的值，以便于下次调用时还能用时，静态局部变量可帮助实现这样的功能。

  • 注意1：

  • 若定义时未初始化，则系统会将所有的静态数据自动初始化为0

  • 静态数据初始化语句，只会执行一遍。

  • 静态数据从程序开始运行时便已存在，直到程序退出时才释放。

  • 注意2：

    • static修饰局部变量：使之由栈内存临时数据，变成了静态数据。

    • static修饰全局变量：使之由各文件可见的静态数据，变成了本文件可见的静态数据。

    • static修饰函数：使之由各文件可见的函数，变成了本文件可见的静态函数。

数据段与代码段

  • 数据段细分成如下几个区域：

    • .bss 段：存放未初始化的静态数据，它们将被系统自动初始化为0

    • .data段：存放已初始化的静态数据

    • .rodata段：存放常量数据

  • 代码段细分成如下几个区域：

    • .text段：存放用户代码

    • .init段：存放系统初始化代码

  • 注意：数据段和代码段内存的分配和释放，都是由系统规定的，我们无法干预。

堆内存

堆内存（heap）又被称为动态内存、自由内存，简称堆。堆是唯一可被开发者自定义的区段，开发者可以根据需要申请内存的大小、决定使用的时间长短等。但又由于这是一块系统"飞地"，所有的细节均由开发者自己把握，系统不对此做任何干预，给予开发者绝对的"自由"，但也正因如此，对开发者的内存管理提出了很高的要求。对堆内存的合理使用，几乎是软件开发中的一个永恒的话题。

  • 堆内存基本特征：

    • 相比栈内存，堆的总大小仅受限于物理内存，在物理内存允许的范围内，系统对堆内存的申请不做限制。

    • 相比栈内存，堆内存从下往上增长。

    • 堆内存是匿名的，只能由指针来访问。

    • 自定义分配的堆内存，除非开发者主动释放，否则永不释放，直到程序退出

  • 相关API：

    • 申请堆内存：malloc() / calloc()

    • 清零堆内存：bzero()

    • 释放堆内存：free()

动态内存分配

我们要想实现动态内存分配，就需要学习标准C提供的函数库（API）：

1.函数所属的库文件

2.函数的原型-函数的声明

  • 函数名
  • 形参
  • 返回值类型

3.函数功能

注意：内存分配函数在申请内存时，建议用多少申请多少，可以有少量的预留量；但不能越界访问(虽然编译和运行不报错，但是数据不安全(野指针))

常用函数

malloc

  • 头文件：#include <stdlib.h>

  • 函数功能：C库函数void* malloc(size_t size);分配所需的内容空间，并返回一个指向它的指针

  • 函数原型：

    • 函数名：malloc
    • 形式参数:size_t size:需要申请的内存块的大小，以字节为单位。本质上是一个unsigned long int
    • 返回值类型：void* (万能指针):该函数返回一个指针,指向已分配大小的内存，如果请求失败，返回NULL(0x0000000000对应的一块不可访问的区域)
    • 举例：
c 复制代码 
int* p =(int*)malloc(4);
//清零,这里不是释放内存，只是将内存中的随机值清理掉
bzero(p,sizeof(int));
//使用空间..
//释放空间
free(p);
  • 说明：
    • malloc函数分配的内存没有默认值，内存中的数据时随机值(大概率是0)，使用前需要借助于bzero()清零
    • malloc函数申请的内存空间连续0,4.,8
calloc
  • 头文件：#include <stdlib.h>
  • 函数功能：C库函数void* calloc(size_t nitems,size_t size)分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针

malloc和calloc之间的区别：malloc不会设置内存为零，需要使用bzero()清零，而calloc会设置内存为零

  • 函数原型：
    • 函数名：calloc
    • 形式参数:
      • size_t nitems:申请多少个
      • size_t size:一个占几个内存单元(一个内存单元等于一个字节)
    • 返回值类型:void* :该函数返回一个指针，指向已分配大小的内存，如果请求失败，返回NULL
  • 说明：
    • calloc函数分配的内存有默认值，每个内存单元都是0
    • calloc函数申请的内存空间连续
    • calloc大多时候为数组中的元素申请内存
  • 案例：
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>

/**
 *需求：转存栈中数组中的数据
 *
*/


int main(int argc,char *argv[])
{
    //在栈区创建一个数组
    int arr[3] = {11,22,33};

    //在堆区申请内存
    int *p =(int*)calloc(3,sizeof(int));

    //转存
    for(int i = 0;i < 3;i++)
    {
        p[i] = arr[i];
    }

    //遍历
    for(int i = 0;i < 3;i++)
    {
        printf("%-3d ",p[i]);
    }
    printf("\n");

    //在堆中申请空间，使用后要释放内存
    free(p);
    p = NULL;
    return 0;
}
realloc

  • 头文件： #include <stdlib.h>

  • 函数功能：尝试重新调整之前调用malloc或calloc所分配的ptr所指向的内存块的大小。

  • 函数原型： void *realloc(void *ptr,size_t size)

    • 函数名：realloc

    • 形式参数：

      • void *ptr：是malloc或者calloc的返回值

      • size_t size：重新分配后的内存大小

    • 返回值：void*：该函数返回一个指针，指向已分配大小的内存。如果请求失败，返回NULL

  • 案例：

c 复制代码 
int *p = (int*)malloc(4);
int *w = (int*)realloc(p,20);
// int *q = (int*)realloc(p,0); // 等效于free(p)
  • 说明：

  1. realloc以原来malloc返回的内存地址开始，分配总共20个字节的内存空间

  2. 如果原来的内存空间后有20个连续空间，就扩容20-4 =16个内存单元，返回原来旧的内存首地址。

  3. 如果原来的内存空间后不够20个连续内存空间，就重新找一个内存地址开始，申请20个内存单元。并将原来的数据拷贝到新的内存中，回收旧的内存单元，并返回新的内存首地址

free

  • 头文件： #include <stdlib.h>

  • 函数功能：释放之前调用 malloc、calloc、realloc所分配的内存空间，是访问完记得使用NULL置空。

  • 函数原型： void free(void *ptr)

    • 函数名：free

    • 形式参数：

      • void *ptr：calloc,malloc.realloc的返回值

    • 返回值类型：void：没有返回值

  • 注意：

  1. 堆内存中的指针才需要回收，栈中系统会自动回收
  2. 堆内存不能重复回收，运行会报错

说明：

  1. 堆的内存空间相比较栈要大很多
  2. 内存分配函数返回的指针变量可以参与运算（只读），但不能被修改（p++或者p+=i 是错误的）

附表

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