C语言内存

一.几个概念

全局变量（外部变量）：出现在代码块{}之外的变量就是全局变量。
局部变量（自动变量）：一般情况下，代码块{}内部定义的变量就是自动变量，也可使用auto显示定义。
静态变量：是指内存位置在程序执行期间一直不改变的变量，用关键字static修饰。代码块内部的静态变量只能被这个代码块内部访问，代码块外部的静态变量只能被定义这个变量的文件访问。

二.内存四区

代码区------程序被操作系统加载到内存的时候，所有的可执行代码（程序代码指令、常量字符串等）都加载到代码区，这块内存在程序运行期间是不变的。代码区是平行的。函数也是代码的一部分，故函数都被放在代码区，包括main函数。

静态区------全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放

栈区---------栈（stack）是一种先进后出的内存结构，由编译器自动分配内存。存放函数的参数值，局部变量的值等。栈区在程序运行期间是可以随时修改的。当一个自动变量超出其作用域时，自动从栈中弹出。
每个线程都有自己专属的栈；
栈是从高地址向低地址方向增长，其最大尺寸固定，超出则引起栈溢出；
变量离开作用域后栈上的内存会自动释放。
使用栈来实现的局部变量定义时未初始化，则变量值是随机数。
语句int a=15；C语言在编译时会转成
int a；
a=15；
不能将一个栈变量的地址通过函数的返回值返回

堆区------堆（heap）和栈一样，也是一种在程序运行过程中可以随时修改的内存区域。一般比较复杂的数据类型都是放在堆中,一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，

可以通过函数返回一个堆地址，但记得一定用通过free函数释放申请的堆内存空间，不释放会出现内存泄漏

三.堆和栈区别

（1）申请方式
stack:
由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc，free函数

（2）申请后系统的响应
栈：只要栈的剩余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。
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，当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 结点链表中删除，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，由于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。

（3）申请大小的限制及生长方向
栈-------在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小 。
堆-------堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

（4）申请效率的比较：
栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆是由malloc分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
char *p1 = (char *)malloc(10); 其中malloc申请的内存在堆区，但是变量p1在栈区，所以要调用堆区的内容，得先调用栈区内容。
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

（5）堆和栈中的存储内容
栈------在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（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(在大多数的C编译器中参数是由右往左入栈的)，然后是函数中的局部变量。注意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，程序由该点继续运行。
堆------一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

最后：操作系统在管理内存时，最小单位不是字节，而是内存页（32位操作系统的内存页一般是4K）。比如，初次申请1K内存，操作系统会分配1个内存页，也就是4K内存。因为：内存页越大，内存浪费越多，但操作系统内存调度效率高，不用频繁分配和释放内存。