摘要:棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內(nèi)存容量有限。棧區(qū)主要存放運(yùn)行函數(shù)而分配的局部變量函數(shù)參數(shù)返回?cái)?shù)據(jù)返回地址等。
目錄
一、為什么存在動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理/分配?
二、動(dòng)態(tài)內(nèi)存函數(shù)的介紹
????????malloc和free的實(shí)際應(yīng)用
三、常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存錯(cuò)誤
????????對(duì)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間越界訪(fǎng)問(wèn)
????????對(duì)非動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存使用 free 釋放
????????使用 free 釋放一塊動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存的一部分
????????對(duì)同一塊動(dòng)態(tài)內(nèi)存的多次釋放
????????動(dòng)態(tài)開(kāi)辟內(nèi)存忘記釋放(導(dǎo)致內(nèi)存泄露)
????????柔性數(shù)組的優(yōu)勢(shì)
(1)因?yàn)閮?nèi)存太寶貴。
(2)如果全部是靜止內(nèi)存不能釋放,對(duì)于小的程序可以運(yùn)行完畢。但是對(duì)于大的程序,還沒(méi)運(yùn)行完,內(nèi)存就要被占用完,此時(shí)就要發(fā)生內(nèi)存泄露。
(3)假設(shè)給定一個(gè)占用內(nèi)存可變大小的變量(假設(shè)是數(shù)組的長(zhǎng)度len),那么給該變量通過(guò)函數(shù)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存后,分配內(nèi)存的大小是根據(jù)數(shù)組的長(zhǎng)度len決定的。假定用戶(hù)輸入len的大小是5,系統(tǒng)就會(huì)動(dòng)態(tài)的給該數(shù)組分配長(zhǎng)度為5的內(nèi)存。? 該段代碼運(yùn)行結(jié)束后,系統(tǒng)調(diào)用free()函數(shù)釋放分配的內(nèi)存,然后接著運(yùn)行剩下的程序。
換句話(huà)說(shuō),動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存可以根據(jù)需要去申請(qǐng)內(nèi)存,用完后就還回去,讓需要的程序用。
我們先看個(gè)例子:
int a = 20; //局部變量 在棧區(qū)上開(kāi)辟四個(gè)字節(jié)char ch[10] = {0}; //局部變量 在棧空間上開(kāi)辟10個(gè)字節(jié)的連續(xù)空間int g_a = 10; //全局變量 在靜態(tài)區(qū)上開(kāi)辟十個(gè)字節(jié)
上述的開(kāi)辟空間的方式有兩個(gè)特點(diǎn):
- ?空間開(kāi)辟大小是固定的。
- ?數(shù)組在申明的時(shí)候,必須指定數(shù)組的長(zhǎng)度,它所需要的內(nèi)存在編譯時(shí)分配。
但是對(duì)于空間的需求,不僅僅是上述的情況。有時(shí)候我們需要的空間大小在程序運(yùn)行的時(shí)候才能知道,那數(shù)組的編譯時(shí)開(kāi)辟空間的方式就不能滿(mǎn)足了。 這時(shí)候就只能試試動(dòng)態(tài)存開(kāi)辟了。?
//函數(shù)原型void *malloc (size_t size);//void* 表示任意類(lèi)型的指針//size_t 表示的是unsigned int(無(wú)符號(hào)整型)//size 表示所要開(kāi)辟的空間單位是字節(jié)
這個(gè)函數(shù)向內(nèi)存申請(qǐng)一塊連續(xù)可用的空間,并返回指向這塊空間的指針。
- 如果開(kāi)辟成功,則返回一個(gè)指向開(kāi)辟好空間的指針。
- 如果開(kāi)辟失敗,則返回一個(gè)NULL指針,因此 malloc 的返回值一定要做檢查。
- 返回值的類(lèi)型是 void* ,所以 malloc 函數(shù)并不知道開(kāi)辟空間的類(lèi)型,具體在使用的時(shí)候使用者自己來(lái)決定。
- 如果參數(shù) size 為 0 ,malloc 的行為是標(biāo)準(zhǔn)是未定義的,取決于編譯器。
//函數(shù)原型void free(void *ptr);//void *prt 表示所要釋放的指針類(lèi)型
free函數(shù)用來(lái)釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的內(nèi)存。
- 如果參數(shù) ptr 指向的空間不是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的,那 free 函數(shù)的行為是未定義的。
- 如果參數(shù) ptr 是NULL指針,則函數(shù)什么事都不做。
代碼如下:
#include #include #include int main(){ //1.通過(guò)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟申請(qǐng)10個(gè)int類(lèi)型的空間 //根據(jù)實(shí)際使用強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換為想要的類(lèi)型 int *p = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); //2.malloc有可能申請(qǐng)空間失敗,所以需要判斷一下 if (p == NULL)//判斷p指針是否為空 { printf("%s/n", strerror(errno)); } else { //正常使用空間 int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { *(p + i) = i; } for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } } //當(dāng)動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的空間不再使用的時(shí)候,就應(yīng)該還給操作系統(tǒng) free(p);//釋放p所指向的動(dòng)態(tài)內(nèi)存 p = NULL;//是否有必要 return 0;}
執(zhí)行結(jié)果:
思考:
p = NULL;?是否有必要加上?
解答:
由于 free 完后本身是不會(huì)置為空指針的,因此我們需要手動(dòng)將其變?yōu)榭罩羔槪詐 = NULL是有必要的。
//函數(shù)原型void *calloc(size_t num, size_t size);//
- 函數(shù)的功能是為 num 個(gè)大小為?size 的元素開(kāi)辟一塊空間,并且把空間的每個(gè)字節(jié)初始化為?0?。
- 與函數(shù) malloc 的區(qū)別只在于 calloc 會(huì)在返回地址之前把申請(qǐng)的空間的每個(gè)字節(jié)初始化為全 0 。
例:
#include #include #include int main(){ int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int)); if(p == NULL) { printf("%s/n", strerror(errno)); } else { int i = 0; for(i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } } //free函數(shù)用來(lái)釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間 free(p); p = NULL; return 0;}
執(zhí)行結(jié)果:
總結(jié):所以如何我們對(duì)申請(qǐng)的內(nèi)存空間的內(nèi)容要求初始化,那么可以很方便的使用 calloc 函數(shù)來(lái)完成任務(wù)。而 calloc 函數(shù)會(huì)將所申請(qǐng)到的內(nèi)存空間全部初始化成 0?,意味著 calloc 比 malloc 運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng),所以在選擇這兩個(gè)函數(shù)時(shí)可以根據(jù)是否需要初始化來(lái)選擇。
//函數(shù)原型void *realloc(void *ptr, size_t size);//void *ptr 表示被調(diào)整的指針指向的地址//size_t size 表示改變之后的空間內(nèi)存大小,單位是字節(jié)
- ptr 是要調(diào)整的內(nèi)存地址
- size 調(diào)整之后新大小返回值為調(diào)整之后的內(nèi)存起始位置
- 這個(gè)函數(shù)調(diào)整原內(nèi)存空間大小的基礎(chǔ)上,還會(huì)將原來(lái)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)移動(dòng)到新的空間
- realloc在調(diào)整內(nèi)存空間的是存在兩種情況:?
- ???????????情況1: 原有空間之后有足夠大的空間
- ???????????情況2: 原有空間之后沒(méi)有足夠大的空間
圖解:?
??
例:?
#include #include #include int main(){ int *p =(int*)malloc(20); if(p == NULL) { printf("%s/n", strerror(errno)); } else { int i = 0; for(i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } } //上方僅僅只是在使用malloc開(kāi)辟的20個(gè)字節(jié)空間 //假設(shè)這里,20個(gè)字節(jié)空間不能滿(mǎn)足我們的需求了 //希望能夠有40個(gè)字節(jié)的空間 //這里就可以使用realloc來(lái)調(diào)整動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的內(nèi)存 int *ptr = realloc(p, INT_MAX); if(ptr != NULL) { int i = 0; for(i = 5; i < 10; i++) { *(p+i) = i; } for(i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", *(p + i)); } } //釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的內(nèi)存空間 free(p); p = NULL; return 0;}
realloc 函數(shù)的注意事項(xiàng):
1.如果 p 指向的空間有足夠的的內(nèi)存空間可以追加,則直接追加,后返回 p
2.如果 p 指向的空間之后沒(méi)有足夠的內(nèi)存空間可以追加,則 realloc 函數(shù)會(huì)重新找一個(gè)新的內(nèi)存區(qū)域,開(kāi)辟一塊滿(mǎn)足需求的空間,并且把原來(lái)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)拷貝回來(lái),釋放舊的內(nèi)存空間,最后返回新開(kāi)辟的內(nèi)存空間地址,而舊的那塊內(nèi)存空間需要賦空指針,不然會(huì)形成野指針,造成非法訪(fǎng)問(wèn)。
3.得用一個(gè)新的變量去接收 realloc 函數(shù)的返回值
#include #include int main(){ int *p = (int*)malloc(40); //萬(wàn)一malloc失敗了,p就會(huì)被賦值為NULL //*p = 0;//error int i = 0; for(i = 0; i < 10; i++) { *(p+i) = i;//非法訪(fǎng)問(wèn) } free(p); p = NULL; return 0;}
#include #include int main(){ int *p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));//只有5個(gè)元素 if( p == NULL) { return 0; } else { int i = 0; for(i = 0; i < 10; i++)//只有5個(gè)元素,循環(huán)10次,會(huì)造成越界訪(fǎng)問(wèn) { *(p+i) = i; } } free(p); p = NULL; return 0;}
#include #include int main(){ int a = 10; int *p = &a; *p = 20; free(p); p = NULL; return 0;}
#include #include int main(){ int *p = (int*)malloc(40); if(p = NULL) { return 0; } int i = 0; for(i = 0; i < 10; i++) { *p++ = i; } //此時(shí)p指向的不是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟出的起始位置了 //回收空間,free只能釋放動(dòng)態(tài)開(kāi)辟出的起始位置 free(p); p = NULL; return 0;}
#include #include int main(){ int *p = (int*)malloc(40); if(p == NULL) { return 0; } //使用 free(p); //p = NULL 需要定義為空指針才能引用下面的free free(p);//重復(fù)釋放 return 0;}
#include #include int main(){ while(1) { malloc(1);//開(kāi)辟完空間后一直沒(méi)有釋放 } return 0;}
注:忘記釋放不再使用的動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間會(huì)造成內(nèi)存泄漏,動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間一定要釋放,并且正確釋放
C/C++程序內(nèi)存分配的幾個(gè)區(qū)域:?
- 棧區(qū)(stack):在執(zhí)行函數(shù)時(shí),函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建,函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內(nèi)存容量有限。 棧區(qū)主要存放運(yùn)行函數(shù)而分配的局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回?cái)?shù)據(jù)、返回地址等。
- 堆區(qū)(heap):一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收 。分配方式類(lèi)似于鏈表。
- 數(shù)據(jù)段(靜態(tài)區(qū))(static):存放全局變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。
- 代碼段:存放函數(shù)體(類(lèi)成員函數(shù)和全局函數(shù))的二進(jìn)制代碼。
也許你從來(lái)沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò) 柔性數(shù)組(flexible array)這個(gè)概念,但是它確實(shí)是存在的。 C99 中,結(jié)構(gòu)中的最后一個(gè)元素允許是未知大小的數(shù)組,這就叫做?『柔性數(shù)組』成員。
例:
typedef struct S{ int n; int arr[0];//未知大小的-柔性數(shù)組成員-數(shù)組的大小是可以調(diào)整的 //int arr[] 同上}S;
- 結(jié)構(gòu)中的柔性數(shù)組成員前面必須至少一個(gè)其他成員。
- sizeof 返回的這種結(jié)構(gòu)大小不包括柔性數(shù)組的內(nèi)存。
- 包含柔性數(shù)組成員的結(jié)構(gòu)用 malloc () 函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配,并且分配的內(nèi)存應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)的大小,以適應(yīng)柔性數(shù)組的預(yù)期大小。
例:?
#include typedef struct S{ int n; int arr[0];//未知大小的-柔性數(shù)組成員-數(shù)組的大小是可以調(diào)整的}S;int main(){ struct S s; printf("%d/n", sizeof(s)); return 0;}
執(zhí)行結(jié)果:
例:
#include #include typedef struct S{ int n; int arr[0];//未知大小的-柔性數(shù)組成員-數(shù)組的大小是可以調(diào)整的}S;int main(){ struct S *ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S)+5*sizeof(int)); ps->n = 100; int i = 0; for(i = 0; i <5; i++) { ps->arr[i] = i;//0 1 2 3 4 } struct S *ptr = realloc(ps, 44); if(ptr != NULL) { ps = ptr; } for(i = 5; i < 10; i++) { ps->arr[i] = i; } for(i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", ps->arr[i]); } free(ps); ps = NULL; return 0;}
執(zhí)行結(jié)果 :
圖解:
我們來(lái)看一下這段代碼比起上一段代碼的優(yōu)勢(shì)?
優(yōu)勢(shì)一:方面內(nèi)存釋放
- 如果我們的代碼是在一個(gè)給別人用的函數(shù)中,你在里面做了二次內(nèi)存分配,并把整個(gè)結(jié)構(gòu)體返回給用戶(hù)。
- 用戶(hù)調(diào)用 free 可以釋放結(jié)構(gòu)體,但是用戶(hù)并不知道這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員也需要 free ,所以你不能指望用戶(hù)來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)事。
- 所以,如果我們把結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存以及其成員要的內(nèi)存一次性分配好了,并返回給用戶(hù)一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針,用戶(hù)做一次 free 就可以把所有的內(nèi)存也給釋放掉。
優(yōu)勢(shì)二 : 這樣有利于訪(fǎng)問(wèn)速度
- 連續(xù)的內(nèi)存有益于提高訪(fǎng)問(wèn)速度,也有益于減少內(nèi)存碎片。(其實(shí),我個(gè)人覺(jué)得也沒(méi)多高了,反正你跑不了要用做偏移量的加法來(lái)尋址)
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摘要:釋放不完全導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。既然把柔性數(shù)組放在動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理一章,可見(jiàn)二者有必然的聯(lián)系。包含柔性數(shù)組的結(jié)構(gòu)用進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配,且分配的內(nèi)存應(yīng)大于結(jié)構(gòu)大小,以滿(mǎn)足柔性數(shù)組的預(yù)期。使用含柔性數(shù)組的結(jié)構(gòu)體,需配合以等動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)。 ...
摘要:在運(yùn)行腳本時(shí),需要顯示的指定對(duì)象。大對(duì)象區(qū)每一個(gè)區(qū)域都是由一組內(nèi)存頁(yè)構(gòu)成的。這里是唯一擁有執(zhí)行權(quán)限的內(nèi)存區(qū)。換句話(huà)說(shuō),是該對(duì)象被之后所能回收到內(nèi)存的總和。一旦活躍對(duì)象已被移出,則在舊的半空間中剩下的任何死亡對(duì)象被丟棄。 內(nèi)存管理 本文以V8為背景 對(duì)之前的文章進(jìn)行重新編輯,內(nèi)容做了很多的調(diào)整,使其具有邏輯更加緊湊,內(nèi)容更加全面。 1. 基礎(chǔ)概念 1.1 生命周期 不管什么程序語(yǔ)言,內(nèi)存...
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