C语言程序内存分配

(1) 内存分区状况

栈区 (stack):

--分配, 释放方式: 由编译器自动分配 和 释放;

--存放内容: 局部变量, 参数;

--特点: 具有 后进先出 特性, 适合用于 保存 回复 现场;

堆区 (heap):

--分配, 释放方式: 由程序员手动 分配(malloc) 和 释放(free), 如果程序员没有释放, 那么程序退出的时候, 会自动释放;

--存放内容: 存放程序运行中 动态分配 内存的数据;

--特点: 大小不固定, 可能会动态的 放大 或 缩小;

堆区内存申请:

--申请过程: OS中有一个记录空闲内存地址的链表, 如果程序员申请内存, 就会找到空间大于申请内存大小的节点, 将该节点从空间内存链表中删除, 并分配该节点;

--剩余内存处理: 系统会将多余的部分重新放回 空闲内存链表中;

--首地址记录大小: 分配内存的首地址存放该堆的大小, 这样释放内存的时候才能正确执行;

全局区/静态区 (数据段 data segment /bss segment):

--分配, 释放方式: 编译器分配内存, 程序退出时系统自动释放内存;

--存放内容: 全局变量, 静态变量;

--特点: 全局变量 和 静态变量存储在一个区域, 初始化的两种变量 和 未初始化的 存储在不同区域, 但是两个区域是相邻的;

常量区:

--分配, 释放方式: 退出程序由系统自动释放;

--存放内容: 常量;

代码区 (text segment):

--分配, 释放方式: 编译器分配内存, 程序退出时系统自动释放内存;

--存放内容: 存放 程序的二进制代码, 和一些特殊常量;

内存存放顺序 (由上到下): 栈区 -> 堆区 -> 全局区 -> 常量区 -> 代码区;

(2) 内存分配方式

全局内存分配:

--生命周期: 编译时分配内存, 程序退出后释放内存, 与 程序 的生命周期相同;

--存储内容: 全局变量, 静态变量;

栈内存分配:

--生命周期: 函数执行时分配内存, 执行结束后释放内存;

--特点: 该分配运算由处理器处理, 效率高, 但是栈内存控件有限;

堆内存分配:

--生命周期: 调用 malloc()开始分配, 调用 free()释放内存, 完全由程序员控制;

--谨慎使用: 如果分配了 没有释放, 会造成内存泄露, 如果频繁 分配 释放 会出现内存碎片;

(3) register变量

使用场景: 如果 一个变量使用频率特别高, 可以将这个变量放在 CPU 的寄存器中;

--修饰限制: 只有 局部变量 和 参数 可以被声明为 register变量, 全局 和 静态的不可以;

--数量限制: CPU 寄存器 很宝贵, 不能定义太多register变量;

(4) extern 变量

extern变量概念: 声明外部变量, 外部变量就是在函数的外部定义的变量, 在本函数中使用;

--作用域: 从外部变量定义的位置开始, 知道本源码结束都可以使用, 但是只能在定义extern后面使用, 前面的代码不能使用;

--存放位置: 外部变量 存放在 全局区;

extern变量作用: 使用extern修饰外部变量, ① 扩展外部变量在本文件中的作用域, ② 将外部变量作用域从一个文件中扩展到工程中的其它文件;

extern声明外部变量的情况:

--单个文件内声明: 如果不定义在文件开头, 其作用范围只能是 定义位置开始, 文件结束位置结束;

--多个文件中声明: 两个文件中用到一个外部变量, 只能定义一次, 编译 和 连接的时候, 如果没有这个外部变量, 系统会知道这个外部变量在别处定义, 将另一个文件中的外部变量扩展到本文件中;

extern编译原则:

--本文件中能找到: 编译器遇到 extern 的时候, 现在本文件中找外部变量的定义的位置, 如果找到, 就将作用域扩展到 定义的位置 知道文件结束;

--本文件中找不到: 如果本文件中找不到, 连接其它文件找外部变量定义, 如果找到, 将外部变量作用域扩展到本文件中;

--外部文件找不到: 报错;

使用效果: extern 使用的时候, 可以不带数据类型;

--本文件: int A = 0; 在第10行, extern A 在第一行, 那么A的作用域就扩展为从第一行到文件末尾;

--多文件: 在任意文件中定义了 int A = 0; 在本文件中声明 extern A, 那么从当前位置到文件末尾都可以使用该变量;

(5) static变量 与 全局变量区别

static 变量 与 全局变量 相同点: 全局变量是静态存储的, 存储的方式 和 位置基本相同;

static 变量 与 全局变量不用点: 全局变量的作用域是 整个项目工程 横跨过个文件, 静态变量的作用域是 当前文件, 其它文件中使用是无效的;

变量存储位置: 全局变量 和 静态变量 存放在 全局区/静态去, 局部变量存放在 栈区(普通变量) 和 堆区(指针变量);

变量静态化:

--局部变量: 局部变量 加上 static , 相当于将局部变量的生命周期扩大到了整个文件, 作用域不改变;

--全局变量: 全局变量 加上 static , 相当于将全局变量的作用域缩小到了单个文件, 生命周期是整个程序的周期;

关于函数头文件的引申:

--内部函数: 单个文件中使用的内部函数, 仅在那个特定文件中定义函数即可;

--全局函数: 如果要在整个工程中使用一个全局函数, 需要将这个函数定义在一个头文件中;

static变量与普通变量区别:

--static全局变量 与 全局变量区别: static 全局变量 只初始化一次, 防止在其它文件中使用;

--static局部变量 与 局部变量区别: static 局部变量 只初始化一次, 下一次依据上一次结果;

static函数与普通函数区别: static 函数在内存中只保留一份, 普通函数 每调用一次, 就创建一个副本;

.

(6) 堆 和 栈比较

堆(heap)和栈(stack)区别:

--申请方式: stack 由系统自动分配, heap 由程序员进行分配;

--申请响应: 如果 stack 没有足够的剩余空间, 就会溢出; 堆内存从链表中找空闲内存;

--内存限制: stack 内存是连续的, 从高位向低位扩展, 而且很小, 只有几M, 是事先定好的, 在文件中配置; heap 是不连续的, 从低位向高位扩展, 系统是由链表控制空闲程序, 链表从低地址到高地址, 堆大小受虚拟内存限制, 一般32位机器有4G heap;

--申请效率: stack 由系统分配, 效率高; heap 由程序员分配, 速度慢, 容易产生碎片;

(7) 各区分布情况

.

按照下图分布: 由上到下顺序 : 栈区(stack) -> 堆区(heap) -> 全局区 -> 字符常量区 -> 代码区;

验证分区状况:

--示例程序:

--执行结果:

3. 指针与地址