iOS学习08之C语言内存管理

本次主要学习和理解C语言中的内存管理

1、存储区划分

　按照地址从高到低的顺序：栈区，堆区，静态区，常量区，代码区

　1> 栈区：局部变量的存储区域

　　局部变量基本都在函数、循环、分支中定义

　　栈区的内存空间由系统自动分配和回收

　　栈顶，栈底：先定义的局部变量存储区域从栈底开始分配，后定义的局部变量向栈顶分配

　　特点：先进后出，后进先出

　　当函数、循环、分支结束后，局部变量的生命周期结束，不能被使用，由系统自动回收内存空间　

void test1() {
    int a = 100;
}

void test2() {
    int a;  // 栈区不会将数据清空，故输出为上个变量的值
    printf("a = %d\n", a);
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
     test1();
     test2(); 
}

运行结果

　　运行的结果a = 100是函数test1()中的值，只是当函数test1()运行结束后，栈区内存被自动回收，但是栈区不会将数据清空，当函数test2()再定义一个变量且不进行初始化时，输出就是上个变量的值。　

　　栈区的内存安全问题：在函数中返回栈区的地址是不安全的！

　2> 静态区：静态变量和全局变量的存储区域

　　静态区的内存空间由系统自动分配和回收

　　生命周期和整个程序一样长

int test3(int num) {
    static int s = 5;
    s++;
    return num += s;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
　　printf("%d\n", test3(5));
　　printf("%d\n", test3(5));
}

运行结果

　　为什么第二次的运行结果是12呢？

　　因为用static修饰的变量称为静态变量，它只能初始化一次，第二次函数调用时，static int s = 5; 并没有执行，故 s 的值为6，最后的结果是12

　3> 常量区：常量的存储区域

　　常量区的内存空间由系统自动分配和回收

　　常量区的内容只能读取不能修改

　4> 代码区：所有的语句编译成二进制指令存放在代码区

　　代码区的内存空间由系统自动分配和回收

　　代码区的内容只能读取不能修改

　　程序结束后，代码区的内存空间由系统回收

　5> 堆区：由编程人员手动管理的区域(手动申请，手动释放)

 

2、内存分配函数

　1> void *malloc(size)

　　void * 为任意类型的指针

　　函数的作用：在堆区申请size个字节的存储空间，然后把存储空间的首地址返回

　　　在堆区申请一块内存空间存放字符串

    char str[] = "zifuchuan";
    char *p = malloc(strlen(str) + 1);
    
    strcpy(p, str);
    printf("%s\n", str);

　　　在堆区申请一块内存空间存放结构体变量

    Student stu = {"xiaoming", 16, 'm'};
    
    Student *p = malloc(sizeof(Student));
    
    *p = stu;

　　　*p是结构体指针，结构体指针访问结构体成员变量的两种方法如下：

　　　第一种：(*p).成员变量名

 printf("第一种：(*p).成员变量名:name = %s, age = %d, gender = %c\n", (*p).name, (*p).age, (*p).gender); 

　　　第二种：使用指向运算符：-> ，格式：结构体指针变量(p) -> 成员变量

 printf("第二种：使用指向运算符:->:name = %s, age = %d, gender = %c\n", p->name, p->age, p->gender); 

　2> void free(void *)

　　释放开辟的存储空间

　　完整的管理堆区内存代码

    int *p = malloc(sizeof(int));
    *p = 10;
    printf("%d\n", *p);
    free(p);
    p = NULL;

　　在C语言中访问空地址的存储空间会发生崩溃

　　int *p = malloc(sizeof(int));
2　　*p = 10;
  printf("%d\n", *p);
  free(p);
  p = NULL;
    
  printf("%d\n", *p);//访问空地址

运行结果

　　野指针异常

　　野指针：指针指向了不属于自己管理的存储区域

    int *p = malloc(sizeof(int));
    *p = 10;
    printf("%d\n", *p);
    free(p);
    printf("%d\n", *p); // 野指针异常

练习：输入3个单词，动态分配内存保存单词，并在最后输出。

提示:定义一个指针数组 char * words[3] = {0}； 保存堆区空间的地址，堆区空间存储数据。

    char *words[3] = {0};
    char string[30] = {0};
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("请输入一个单词：\n");
        scanf("%s", string);
        getchar();
        
        // 根据单词的长度，在堆区开辟存储空间
        words[i] = malloc(strlen(string) + 1);
        // 把输入的字符串拷贝到堆区内存中
        strcpy(words[i], string);
    }
    printf("输出：\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%s\n", words[i]);
        free(words[i]);
    }

3、其他的内存操作函数

　1> void *calloc(int n, unsigned size)

　　在堆区申请n * size 个字节的存储空间，并把存储空间的首地址返回

　　会将存储空间做清0操作，效率比malloc低

    int *p = malloc(sizeof(int) * 4);
    printf("%d %d %d %d\n", *p, *(p + 1), *(p + 2), *(p + 3));
    int *q = calloc(4, sizeof(int));
    printf("%d %d %d %d\n", *q, *(q + 1), *(q + 2), *(q + 3));

运行结果

　2> void *realloc(void *, size)

　　在给定的地址空间的基础上，如果当前指针的地址足够大，那么将地址扩大，如果空间不足，那么重新找一块新的存储空间，然后释放原来指针指向的存储空间，把新的地址返回

    int *p_old = malloc(sizeof(int));
    printf("%p\n", p_old);
    
    int *p_new = realloc(p_old, 12);
    printf("%p\n", p_new);

　3> void *memset(void *, int, size)

　　在给定的地址空间开始，将 int 型的数值拷贝 size 次

    int *p = malloc(sizeof(int));
    memset(p, 0, 4); // 将p指向的存储空间的数据置为0

　4> void *memcpy(void *p, const void *q, unsigned long size)

　　从q指向的存储空间开始拷贝size个字节的数据到p指向的存储空间

    char name[] = "hello";
    memcpy(name, "hi", 2);
    printf("%s\n", name);

　5>int memcmp(const void *p, const void *q, size)

　　从p，q指向的地址开始比较size个字节的数据,相等为0，不等为-1

    int num1[] = {1, 2, 3};
    int num2[] = {1, 3, 3};
    
    int result = memcmp(num1, num2, sizeof(num1));// 相等为0，不等为-1
    printf("result = %d\n", result);