C语言系列（五）内存的分配与释放

最新推荐文章于 2024-02-24 22:04:46 发布

lf1570180470

最新推荐文章于 2024-02-24 22:04:46 发布

阅读量440

点赞数 1

本文详细介绍了C语言中的内存分配与释放机制，包括堆与栈的区别、内存分配的方式及其应用场景，并通过示例代码展示了如何使用malloc、calloc、realloc和free等函数进行内存管理。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

什么是堆？说到堆，又忍不住说到了栈！什么是栈？

1、什么是堆：堆是大家共有的空间，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是用户分配的空间。堆在操作系统对进程初始化的时候分配，运行过程中也可以向系统要额外的堆，但是记得用完了要还给操作系统，要不然就是内存泄漏。
2、什么是栈：栈是线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化，每个线程的栈互相独立。每个函数都有自己的栈，栈被用来在函数之间传递参数。操作系统在切换线程的时候会自动的切换栈，就是切换SS/ESP寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。

C语言程序编译的内存分配，堆与栈的区别：

栈是由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、局部变量的值等。操作方式类似于数据结构中的栈。
堆一般由程序员分配释放，若不释放，程序结束时可能由OS回收。注意这里说是可能，并非一定。再强调一次，记得要释放！
栈区(stack) :
//windows下，栈内存分配2M（确定的常数），超出了限制，提示stack overflow错误
//编译器自动分配释放，主要存放函数的参数值，局部变量值等；
堆区(heap)：程序员手动分配释放，操作系统80%内存
全局区或静态区：存放全局变量和静态变量；程序结束时由系统释放，分为全局初始化区和全局未初始化区；
字符常量区：常量字符串放与此，程序结束时由系统释放；
程序代码区：存放函数体的二进制代码。

栗子：

int a=0;        //全局初始化区
char *p1;       //全局未初始化区
void main()
{
   int b;          //栈
   char s[]="bb";  //栈
   char *p2;       //栈
   char *p3="123"; //其中，“123\0”常量区，p3在栈区
   static int c=0; //全局区
   p1=(char*)malloc(10);   //10个字节区域在堆区
   strcpy(p1,"123");    //"123\0"在常量区，编译器 可能 会优化为和p3的指向同一块区域

}
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

栈内存

void stackFun(){
    int a[1024];
    //栈内存自动释放
}
 1
2
3
4
 1
2
3
4

堆内存

void heapFun(){
    //40M内存
    //字节
    //void *任意类型的指针
    int* p = malloc(1024 * 1024 * 10 * sizeof(int));

    //释放
    free(p);
}
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
 1
2
3
4
5
6
7
8
9

void main(){    
    //在堆内存上，分配40M的内存
    while (1){
        Sleep(1000);    
        stackFun();
    }

    getchar();
}
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
 1
2
3
4
5
6
7
8
9

创建一个数组，动态指定数组的大小（在程序运行过长中，可以随意的开辟指定大小的内存，以供使用，相当于Java中的集合）
静态内存分配，分配内存大小的是固定，问题：1.很容易超出栈内存的最大值 2.为了防止内存不够用会开辟更多的内存，容易浪费内存

动态内存分配，在程序运行过程中，动态指定需要使用的内存大小，手动释放，释放之后这些内存还可以被重新使用（活水）

函数：calloc() 分配内存空间并初始化
calloc() 函数用来动态地分配内存空间并初始化为 0，其原型为：

  void* calloc (size_t num, size_t size);
 1
 1

calloc() 在内存中动态地分配 num 个长度为 size 的连续空间，并将每一个字节都初始化为 0。所以它的结果是分配了 num*size 个字节长度的内存空间，并且每个字节的值都是0。

【返回值】分配成功返回指向该内存的地址，失败则返回 NULL。

函数：malloc() 动态地分配内存空间

malloc() 函数用来动态地分配内存空间（如果你不了解动态内存分配，请查看：C语言动态内存分配及变量存储类别），其原型为：

void* malloc (size_t size);
 1
 1

应用在程序中代码如下：

void main(){
    //静态内存分配创建数组，数组的大小是固定的
    //int i = 10;
    //int a[i];

    int len;
    printf("输入数组的长度：");
    scanf("%d",&len);

    //开辟内存，大小len*4字节
    int* p = malloc(len * sizeof(int));
    //p是数组的首地址，p就是数组的名称
    //给数组元素赋值（使用这一块刚刚开辟出来的内存区域）
    int i = 0;
    for (; i < len - 1; i++){
        p[i] = rand() % 100;
        printf("%d,%#x\n", p[i], &p[i]);
    }

    //手动释放内存 
    //free()释放动态分配的内存空间
    free(p);

    getchar();
}
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

realloc 重新分配内存

void main(){
    int len;
    printf("第一次输入数组的长度：");
    scanf("%d", &len);

    //int* p = malloc(len * sizeof(int));   
    int* p = calloc(len, sizeof(int));
    int i = 0;
    for (; i < len; i++){
        p[i] = rand() % 100;
        printf("%d,%#x\n", p[i], &p[i]);
    }

    int addLen;
    printf("输入数组增加的长度：");
    scanf("%d", &addLen);
    //内存不够用，扩大刚刚分配的内存空间
    //1.原来内存的指针 2.内存扩大之后的总大小        
    int* p2 = realloc(p, sizeof(int) * (len + addLen));
    if (p2 == NULL){
        printf("重新分配失败，世界那么大，容不下我。。。");
    }
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

新分配内存的两种情况：

//缩小，缩小的那一部分数据会丢失
//扩大，（连续的）
1.如果当前内存段后面有需要的内存空间，直接扩展这段内存空间，realloc返回原指针
2.如果当前内存段后面的空闲字节不够，那么就使用堆中的第一个能够满足这一要求的内存块，将目前的数据复制到新的位置，并将原来的数据库释放掉，返回新的内存地址
3.如果申请失败，返回NULL，原来的指针仍然有效

//接着上面的代码重新赋值
    i = 0;
    printf("--------------------------\n");
    for (; i < len + addLen; i++){
        p2[i] = rand() % 200;
        printf("%d,%#x\n", p2[i], &p2[i]);
    }

    //手动释放内存
    if (p != NULL){
        free(p);
        p = NULL;
    }   
    if (p2 != NULL){
        free(p2);
        p2 = NULL;
    }

    getchar();
}
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

内存分配的几个注意细节

1.不能多次释放；
2.释放完之后（指针仍然有值），给指针置NULL，标志释放完成；
3.内存泄露（p重新赋值之后，再free，并没有真正释放内存）；

void main(){
    int len;
    printf("输入数组的长度：");
    scanf("%d", &len);

    int* p = malloc(len * sizeof(int));     
    int i = 0;
    for (; i < len; i++){
        p[i] = rand() % 100;
        printf("%d,%#x\n", p[i], &p[i]);
    }

    if (p != NULL){
        free(p);
        p = NULL;
    }

    getchar();
}
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19