C语言内存讲解.docx
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C语言内存讲解.docx
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C语言内存讲解
c语言中的堆和栈的区别
堆和栈的区别
1.申请方式
(1)栈(satck):
由系统自动分配。
例如,声明在函数中一个局部变量intb;系统自动在栈中为b开辟空间。
(2)堆(heap):
需程序员自己申请(调用malloc,realloc,calloc),并指明大小,并由程序员进行释放。
容易产生memoryleak.
eg:
char p;
p=(char*)malloc(sizeof(char));
但是,p本身是在栈中。
2.申请大小的限制
(1)栈:
在windows下栈是向底地址扩展的数据结构,是一块连续的内存区域(它的生长方向与内存的生长方向相反)。
栈的大小是固定的。
如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。
(2)堆:
堆是高地址扩展的数据结构(它的生长方向与内存的生长方向相同),是不连续的内存区域。
这是由于系统使用链表来存储空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由底地址向高地址。
堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。
3.系统响应:
(1)栈:
只要栈的空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。
(2)堆:
首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,但系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的free语句才能正确的释放本内存空间。
另外,找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。
说明:
对于堆来讲,对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。
对于栈来讲,则不会存在这个问题,
4.申请效率
(1)栈由系统自动分配,速度快。
但程序员是无法控制的
(2)堆是由malloc分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生碎片,不过用起来最方便。
5.堆和栈中的存储内容
(1)栈:
在函数调用时,第一个进栈的主函数中后的下一条语句的地址,然后是函数的各个参数,参数是从右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。
注:
静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续执行。
(2)堆:
一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。
6.存取效率
(1)堆:
char*s1=”hellowtigerjibo”;是在编译是就确定的
(2)栈:
chars1[]=”hellowtigerjibo”;是在运行时赋值的;用数组比用指针速度更快一些,指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下,而数组在栈上读取。
补充:
栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:
分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。
堆则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的,例如为了分配一块内存,库函数会按照一定的算法(具体的算法可以参考数据结构/操作系统)在堆内存中搜索可用的足够大小的空间,如果没有足够大小的空间(可能是由于内存碎片太多),就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间,这样就有机会分到足够大小的内存,然后进行返回。
显然,堆的效率比栈要低得多。
7.分配方式:
(1)堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。
(2)栈有两种分配方式:
静态分配和动态分配。
静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。
动态分配由alloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的。
它的动态分配是由编译器进行释放,无需手工实现。
C语言 malloc 工作机制
void*malloc(size_tstSize);
该函数在内存的动态存储区中分配stSize连续空间,返回值是一个指向所分配的连续存储域的起始地址的指针。
voidfree(void*firstbyte);
如果给定一个由先前的malloc返回的指针,那么该函数会将分配的空间归还给进程的“空闲空间”。
malloc工作机制:
malloc函数的实质体现在,它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。
调用malloc函数时,它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。
然后,将该内存块一分为二(一块的大小与用户请求的大小相等,另一块的大小就是剩下的字节)。
接下来,将分配给用户的那块内存传给用户,并将剩下的那块(如果有的话)返回到连接表上。
调用free函数时,它将用户释放的内存块连接到空闲链上。
到最后,空闲链会被切成很多的小内存片段,如果这时用户申请一个大的内存片段,那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。
于是,malloc函数请求延时,并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段,对它们进行整理,将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。
C语言中的时间函数及使用实例
#include
#include
main()
{
time_tnow;
/*define'now'.time_tisprobably
*atypedef*/
/*Calendertimeisthenumberof
*secondssince1/1/1970*/
now=time((time_t*)NULL);
/*Getthesystemtimeandputit
*into'now'as'calendertime'*/
printf("%s",ctime(&now));
/*Formatdatain'now'
*NOTEthat'ctime'insertsa
*'\n'*/
/*********************************************************************/
/*Hereisanotherwaytoextractthetime/dateinformation*/
time(&now);
printf("%s",ctime(&now));/*Formatdatain'now'*/
/*********************************************************************/
{
structtm*l_time;
l_time=localtime(&now);
/*Convert'calendertime'to
*'localtime'-returnapointer
*tothe'tm'structure.localtime
*reservesthestorageforus.*/
printf("%s",asctime(l_time));
}
/*********************************************************************/
time(&now);
printf("%s",asctime(localtime(&now)));
/*********************************************************************/
{
structtm*l_time;
charstring[20];
time(&now);
l_time=localtime(&now);
strftime(string,sizeofstring,"%d-%b-%y\n",l_time);
printf("%s",string);
}
}
内存管理
欢迎进入内存这片雷区。
伟大的BillGates曾经失言:
640Koughttobeenoughforeverybody
—BillGates1981
程序员们经常编写内存管理程序,往往提心吊胆。
如果不想触雷,唯一的解决办法就是发现所有潜伏的地雷并且排除它们,躲是躲不了的。
本章的内容比一般教科书的要深入得多,读者需细心阅读,做到真正地通晓内存管理。
7.1内存分配方式
内存分配方式有三种:
(1)从静态存储区域分配。
内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。
例如全局变量,static变量。
(2)在栈上创建。
在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。
栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
(3)从堆上分配,亦称动态内存分配。
程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。
动态内存的生存期由我们决定,使用非常灵活,但问题也最多。
7.2常见的内存错误及其对策
发生内存错误是件非常麻烦的事情。
编译器不能自动发现这些错误,通常是在程序运行时才能捕捉到。
而这些错误大多没有明显的症状,时隐时现,增加了改错的难度。
有时用户怒气冲冲地把你找来,程序却没有发生任何问题,你一走,错误又发作了。
常见的内存错误及其对策如下:
u内存分配未成功,却使用了它。
编程新手常犯这种错误,因为他们没有意识到内存分配会不成功。
常用解决办法是,在使用内存之前检查指针是否为NULL。
如果指针p是函数的参数,那么在函数的入口处用assert(p!
=NULL)进行检查。
如果是用malloc或new来申请内存,应该用if(p==NULL)或if(p!
=NULL)进行防错处理。
u内存分配虽然成功,但是尚未初始化就引用它。
犯这种错误主要有两个起因:
一是没有初始化的观念;二是误以为内存的缺省初值全为零,导致引用初值错误(例如数组)。
内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准,尽管有些时候为零值,我们宁可信其无不可信其有。
所以无论用何种方式创建数组,都别忘了赋初值,即便是赋零值也不可省略,不要嫌麻烦。
u内存分配成功并且已经初始化,但操作越过了内存的边界。
例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。
特别是在for循环语句中,循环次数很容易搞错,导致数组操作越界。
u忘记了释放内存,造成内存泄露。
含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。
刚开始时系统的内存充足,你看不到错误。
终有一次程序突然死掉,系统出现提示:
内存耗尽。
动态内存的申请与释放必须配对,程序中malloc与free的使用次数一定要相同,否则肯定有错误(new/delete同理)。
u释放了内存却继续使用它。
有三种情况:
(1)程序中的对象调用关系过于复杂,实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存,此时应该重新设计数据结构,从根本上解决对象管理的混乱局面。
(2)函数的return语句写错了,注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”,因为该内存在函数体结束时被自动销毁。
(3)使用free或delete释放了内存后,没有将指针设置为NULL。
导致产生“野指针”。
l【规则7-2-1】用malloc或new申请内存之后,应该立即检查指针值是否为NULL。
防止使用指针值为NULL的内存。
l【规则7-2-2】不要忘记为数组和动态内存赋初值。
防止将未被初始化的内存作为右值使用。
l【规则7-2-3】避免数组或指针的下标越界,特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。
l【规则7-2-4】动态内存的申请与释放必须配对,防止内存泄漏。
l【规则7-2-5】用free或delete释放了内存之后,立即将指针设置为NULL,防止产生“野指针”。
7.3指针与数组的对比
C++/C程序中,指针和数组在不少地方可以相互替换着用,让人产生一种错觉,以为两者是等价的。
数组要么在静态存储区被创建(如全局数组),要么在栈上被创建。
数组名对应着(而不是指向)一块内存,其地址与容量在生命期内保持不变,只有数组的内容可以改变。
指针可以随时指向任意类型的内存块,它的特征是“可变”,所以我们常用指针来操作动态内存。
指针远比数组灵活,但也更危险。
下面以字符串为例比较指针与数组的特性。
示例7-3-1中,字符数组a的容量是6个字符,其内容为hello\0。
a的内容可以改变,如a[0]=‘X’。
指针p指向常量字符串“world”(位于静态存储区,内容为world\0),常量字符串的内容是不可以被修改的。
从语法上看,编译器并不觉得语句p[0]=‘X’有什么不妥,但是该语句企图修改常量字符串的内容而导致运行错误。
chara[]=“hello”;
a[0]=‘X’;
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