C語言中的記憶體分配與釋放

　　對C語言一直都是抱著學習的態度，很多都不懂，今天突然被問道C語言的記憶體分配問題，說了一些自己知道的，但感覺回答的並不完善，所以才有這篇筆記，總結一下C語言中記憶體分配的主要內容。

相關問題　

　　剛剛在一篇博文看到一個簡單的問題：

//code1
char* toStr() 
{
    char *s = "abcdefghijkl";
    return s;
}
int main()
{
    cout << toStr() << endl;
    return 0;
}

//code2
char* toStr() 
{
    char s[] = "abcdefghijkl";
    return s;
}
int main()
{
    cout << toStr() << endl;
    return 0;
}

　　兩段代碼都很簡單，輸出一段字元，類型不同，一個是char*字元串，一個是char[]數據。

　　結果你知道嗎? 這個我確實知道，相信大部分人也都回知道，必然有一個不好使，或者兩個都不好使！！！都對就沒意思了~

　　結果：第一個正確輸出，第二個輸出亂碼。

　　原因：在於局部變數的作用域和記憶體分配的問題，第一char*是指向一個常量，作用域為函數內部，被分配在程式的常量區，直到整個程式結束才被銷毀，所以在程式結束前常量還是存在的。而第二個是數組存放的，作用域為函數內部，被分配在棧中，就會在函數調用結束後被釋放掉，這時你再調用，肯定就錯誤了。

記憶體分配

　　什麼是局部變數、全局變數和靜態變數？

　　顧名思義，局部變數就是在一個有限的範圍內的變數，作用域是有限的，對於程式來說，在一個函數體內部聲明的普通變數都是局部變數，局部變數會在棧上申請空間，函數結束後，申請的空間會自動釋放。而全局變數是在函數體外申請的，會被存放在全局（靜態區）上，知道程式結束後才會被結束，這樣它的作用域就是整個程式。靜態變數和全局變數的存儲方式相同，在函數體內聲明為static就可以使此變數像全局變數一樣使用，不用擔心函數結束而被釋放。

相關函數：

void *malloc(size_t size);
void free(void *p);

/*一般這樣用
Struct elem *p;
p = (struct elem*)malloc(sizeof(struct elem))

void free(p)
*/

malloc原理

　　malloc函數的實質體現在，它有一個將可用的記憶體塊連接為一個長長的列表的所謂空閑鏈表。調用malloc函數時，它沿連接表尋找一個大到足以滿足用戶請求所需要的記憶體塊。然後，將該記憶體塊一分為二（一塊的大小與用戶請求的大小相等，另一塊的大小就是剩下的位元組）。接下來，將分配給用戶的那塊記憶體傳給用戶，並將剩下的那塊（如果有的話）返回到連接表上。調用free函數時，它將用戶釋放的記憶體塊連接到空閑鏈上。到最後，空閑鏈會被切成很多的小記憶體片段，如果這時用戶申請一個大的記憶體片段，那麼空閑鏈上可能沒有可以滿足用戶要求的片段了。於是，malloc函數請求延時，並開始在空閑鏈上翻箱倒櫃地檢查各記憶體片段，對它們進行整理，將相鄰的小空閑塊合併成較大的記憶體塊。如果無法獲得符合要求的記憶體塊，malloc函數會返回NULL指針，因此在調用malloc動態申請記憶體塊時，一定要進行返回值的判斷。

分類：

• 棧區（stack）—由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變數的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。
• 堆區（heap）—一般由程式員分配釋放，若程式員不釋放，程式結束時可能由OS回收。註意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似於鏈表
• 全局區（靜態區）（static）—全局變數和靜態變數的存儲是放在一塊的，初始化的全局變數和靜態變數在一塊區域，未初始化的全局變數和未初始化的靜態　　                                變數在相鄰的另一塊區域。  程式結束後由系統釋放。
• 常量區—常量字元串就是放在這裡的，直到程式結束後由系統釋放。上面的問題就在這裡！！！
• 代碼區—存放函數體的二進位代碼。

直接搬運的代碼，確實很好！！容易理解

//main.cpp    
int a = 0; //全局初始化區
char *p1; //全局未初始化區
    
main()
{
    int b; //棧
    char s[] = "abc"; //棧
    char *p2; //棧
    char *p3 = "123456"; //123456\\0在常量區，p3在棧上。
    static int c =0;//全局（靜態）初始化區
    p1 = (char *)malloc(10);    
    p2 = (char *)malloc(20);//分配得來得10和20位元組的區域就在堆區。
    strcpy(p1, "123456"); //123456\\0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。        
} 

此外，還有realloc(重新分配記憶體)、calloc（初始化為0）、alloca（在棧上申請記憶體，自動釋放）等。

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