[C]内存管理、内存泄露、堆栈

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1.内存分配区间：

 

        对于一个C语言程序而言，内存空间主要由五个部分组成：代码段(.text)、数据段(.data)、静态区(.BSS)、堆和栈组成。

 

        BSS段：BSS段（bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量和静态变量 （这里注意一个问题：一般的书上都会说全局变量和静态变量是会自动初始化的，那么哪来的未初始化的变量呢？变量的初始化可以分为显示初始化和隐式初始化，全局变量和静态变量如果程序员自己不初始化的话的确也会被初始化，那就是不管什么类型都初始化为0，这种没有显示初始化的就是我们这里所说的未初始化。既然都是0那么就没必要把每个0都存储起来，从而节省磁盘空间，这是BSS的主要作用）的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。 BSS节不包含任何数据，只是简单的维护开始和结束的地址，即总大小，以便内存区能在运行时分配并被有效地清零。BSS节在应用程序的二进制映象文件中并不存在，即不占用磁盘空间 而只在运行的时候占用内存空间 ，所以如果全局变量和静态变量未初始化那么其可执行文件要小很多。

 

  
        数据段：数据段（data segment）通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配，可以分为只读数据段和读写数据段。 字符串常量等，但一般都是放在只读数据段中 。
  
        代码段：代码段（code segment/text segment）通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等，但一般都是放在只读数据段中 。 
  

 

        栈区：由系统自动分配，栈区的分配运算内置于处理器的指令集，当函数执行结束时由系统自动释放。存放局部变量。栈的缺点是：容量有限，当相应的区间被释放时，局部变量不可再使用。查询栈容量的命令：ulimits -s。栈是一块连续的区域，向高地址扩展，栈顶和容量是事先约定好的。

 

        

        堆区：在程序的执行过程中才能分配，由程序员决定，编译器在编译时无法为他们分配空间，只有在程序运行时分配，所以被称为动态分配。堆是不连续的区域，向高地址扩展。由于系统用链表来描述空闲的地址空间，链表的遍历是由地地址向高地址的，故堆区是不连续的动态的存储空间。

 

int a = 0;    //a在全局已初始化数据区
char *p1;    //p1在BSS区（未初始化全局变量） 
main() 
{
int b;    //b在栈区
char s[] = "abc"; //s为数组变量，存储在栈区，
//"abc"为字符串常量，存储在已初始化数据区
char *p1，p2;  //p1、p2在栈区
char *p3 = "123456"; //123456\0在已初始化数据区，p3在栈区 
static int c =0；  //C为全局（静态）数据，存在于已初始化数据区
//另外，静态数据会自动初始化
p1 = (char *)malloc(10);//分配得来的10个字节的区域在堆区
p2 = (char *)malloc(20);//分配得来的20个字节的区域在堆区
free(p1);
free(p2);
}

 

2.内存出错误的原因：

    (1)内存申请未成功，然后进行使用；//在编程时经常用if (p == NULL) 进行判断；

    (2)内存申请成功，但是没有初始化，会造成内存出错；

    (3)内存初始化成功，但是操作越界，比如在数组的操作当中加一；char a [5] = "hello";会造成段错误,没有考虑到'\0'的存储空间，若越界访问的内存空间是空闲的，则程序可能不受影响。若空间已经被占用，若执行了非法操作，程序可能奔溃。

    (4)忘记释放内存或者释放一部分则会造成内存泄露。

 

3.malloc 的使用：

    (1)在申请时必须指明大小；

    (2)判断是否申请成功，若不成功则不能进行使用，否则会造成内存出错；

    (3)返回指针是一个void * ,所以在使用前必须进行强制转换；

    (4)显式初始化， 堆区的内容在自动分配时不会初始化(包括清零操作)，所以程序中要进行必要的初始化。

 

4.free函数的使用：

    (1)在申请完内存时，忘记释放或者释放一部分，会导致内存泄露；

    (2)重复释放会 导致内存出错；//当第一次释放内存时，指针指向的堆区会释放。此时，操作系统有可能给释放的堆区分配其他的应用程序，当进行第二次释放时，会破坏其他的应用程序的数据。

    (3)在内存释放结束之后，指针要清空(p == NULL)， 因为在执行free函数之后，指针指向的空间会释放，但是p仍然是一个地址值。

    (4)malloc 必须和 free成对使用；

    (5)free 只能释放堆区（动态存储区），不能释放静态区，还有栈区。

 

5.内存泄露：

      当动态分配的内存不在使用时， 它应给被释放，这样以后可以重新使用内存。分配内存但是在使用完毕之后不进行释放将会引起内存泄露。内存泄漏并非指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，由于设计错误，导致在释放该段内存之前就失去了对该段内存的控制，从而造成了内存的浪费。

      在一个进程中创建多个线程如果对线程资源不进行释放phread_join()，则会造成内存泄露。

 

内存泄露和内存使用的区别：内存泄露是内存已经被占用，但是不可以重新分配使用。

 

6.堆和栈的区别

    (1)申请方式

    (2)操作系统的相应

    (3)申请的大小限制

    (4)申请速度

    (5)堆和栈的存储内容

    堆区的头部用一个字节存放堆区的大小，其他的内容由程序员自己安排；

    栈区：在函数调用子函数的时候，首先进栈的是函数调用语句的下一条可执行语句的地址，然后是函数的各个参数进栈，在大多数C编译器中，函数的参数是从右向左一次进栈，接下类是局部变量进栈。当本次函数执行结束时候，首先出栈的是局部变量，其次是函数参数，最后是栈顶指向的可执行语句的地址。