Linux平台C与C++中的内存分配


C中的内存分配

很早之前写的了,现在发到C版来。

关于C语言内存方面的话题要真说起来的话那恐怕就没头了,所以本文仅仅是一个浅谈。

关于内存问题不同平台之间有一定的区别。本文所指的平台是x86的Linux平台

用C语言做程序(其实其他语言也一样),不仅要熟悉语法,其实很多相关的背景知识也很重要。在学习和研究C语言中内存分配的问题前,首先要了解一下Linux分配给进程(运行中的程序)的地址空间是什么样的。

总的来说有3个段,即代码段,数据段和堆栈段(学过汇编的朋友一定很熟悉了)。代码段就是存储程序文本的,所以有时候也叫做文本段,指令指针中的指令就是从这里取得。这个段一般是可以被共享的,比如你在Linux开了2个Vi来编辑文本,那么一般来说这两个Vi是共享一个代码段的,但是数据段不同(这点有点类似C++中类的不同对象共享相同成员函数)。数据段是存储数据用的,还可以分成初始化为非零的数据区,BSS,和堆(Heap)三个区域。初始化非零数据区域一般存放静态非零数据和全局的非零数据。BSS是Block Started by Symbol的缩写,原本是汇编语言中的术语。该区域主要存放未初始化的全局数据和静态数据。还有就是堆了,这个区域是给动态分配内存是使用的,也就是用 malloc等函数分配的内存就是在这个区域里的。它的地址是向上增长的。最后一个堆栈段(注意,堆栈是Stack,堆是Heap,不是同一个东西),堆栈可太重要了,这里存放着局部变量和函数参数等数据。例如递归算法就是靠栈实现的。栈的地址是向下增长的。具体如下:

========高地址=====================================

程序栈(存放着局部变量和函数参数等)         堆栈段

(向下增长)

“空洞”                               ===========

(向上增长)

堆 (用于动态分配内存)

------                                       数据段

BSS(存放未初始化的全局数据和静态数据)

------

非零数据(存放静态非零数据和全局的非零数据)

=========低地址=====================================

=========      =====================================

代码(存储程序文本)                          代码段

=========      =====================================

需要注意的是,代码段和数据段之间有明确的分隔,但是数据段和堆栈段之间没有,而且栈是向下增长,堆是向上增长的,因此理论上来说堆和栈会“增长到一起”,但是操作系统会防止这样的错误发生,所以不用过分担心。

有了以上理论做铺垫,下面就说动态内存的分配。上面说了,动态内存空间是在堆中分配的。实现动态分配的也就是下面几个函数:

stdlib.h :

void *malloc(size_t size);

void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

void *realloc(void *ptr, size_t size);

void free(void *ptr);

一个一个说吧。malloc就是分配一个size大小的内存空间,并且用一个void类型的指针指向这个空间,然后返回这个指针。也就是说,malloc返回了一个指向size大小的空间的void类型的指针,如果要使用这个空间,还得把void*类型转换成一个你需要的类型,比如int*之类。 calloc和malloc基本一样,不同的是有两点,一是calloc分配的空间大小是由nmemb*size决定的,也就是说nmemb是条目个数,而size可以看成是条目的大小,计算总空间任务由calloc去做。二是calloc返回的空间都用0填充,而malloc则不确定内存中会有什么东西。realloc是用来改变已经分配的空间的大小。指针ptr是void类型的,它应该指向一个需要重新分配大小的空间,而size参数则是重新分配之后的整个空间大小,而不是增加的大小。同样,返回的是一个指向新空间的指针。free用来释放由上面3个函数分配的空间,其参数就是指向某空间的指针。

C++中内存的分配:

1.栈:是用来存放像一般变量和函数参数等的一块内存。系统会在变量生存期结束时自动释放内存,即把内存从栈中弹出。

2.堆:用来存放动态变量,如指针。要通过设计者自己管理变量,自行进行创建和清理工作。(利用new和delete)

3.自由存储区:就是那些由malloc等分配的内存块,他和堆是十分相似的,不过它是用free来结束自己的生命的。 (很多文章里将自由存储区也归到了堆里)

4.全局/静态存储区:全局变量和静态变量被分配到同一块内存。

5.常量存储区:用来存储常量,即不能被修改的变量。

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