C语言-内存管

news2024/11/15 11:15:55

内存区间


全局/静态存储区

不仅仅包含全局变量,还包含静态变量(包括在函数内部定义的静态局部变量)、字符串常量以及main函数开始执行之前就被初始化的所有其他数据。这些数据的生命周期贯穿整个程序执行期间。

对于一个C语言程序而言,内存空间主要由五个部分组成 代码段(text)数据段(data)未初始化数据段(bss)堆(heap) 和 栈(stack) 组成,其中代码段,数据段和BSS段是编译的时候由编译器分配的,而堆和栈是程序运行的时候由系统分配的。


在C语言中,内存被划分为以下几个区间:
栈(stack):用于存储局部变量和函数的参数。栈是由编译器自动分配和释放的,栈的大小通常是固定的。

堆(heap):用于存储动态分配的内存,即使用malloc、calloc或realloc函数分配的内存。堆的大小通常是可变的。

全局区(global)或静态区(static):用于存储全局变量和静态变量。这些变量在程序启动时就已经分配好内存,并且在整个程序运行期间都存在。

常量区(constant):用于存储字符串常量等不可修改的数据。这些数据通常在程序启动时就已经存在,并且在整个程序运行期间都不会被修改。

代码区(code):用于存储程序的指令,即可执行代码。这些指令在程序启动时就已经存在,并且在整个程序运行期间都不会被修改。

需要注意的是,栈和堆的大小都是有限制的,当栈或堆的大小超过了系统限制时,会导致栈溢出或堆溢出,从而导致程序崩溃。因此,在编写程序时需要注意控制栈和堆的大小,以避免出现此类问题。同时,全局区、常量区和代码区的大小通常是由编译器自动管理的,无需手动控制。

栈内存


栈(stack)是内存中的一段区域,用于存储程序运行时的函数调用和局部变量。栈是一种先进后出(LIFO)的数据结构,当一个函数被调用时,会在栈中分配一段内存用于存储该函数的局部变量和参数,当函数返回时,这段内存就会被释放,供下一个函数使用。栈的大小通常是固定的,由编译器在编译时确定,并且不可手动扩展。

栈内存区的特点:

局部性:栈内存区是当前函数的局部存储空间,只有当前函数可以访问这些数据,因此栈内存区具有很好的局部性特征,访问速度相对较快。

自动管理:栈内存区是由编译器自动管理的,它会在函数被调用时自动分配一段内存,函数返回时自动释放这段内存,程序员无需手动管理。

后进先出:栈内存区是一种先进后出(LIFO)的数据结构,当一个函数被调用时,会在栈中分配一段内存,当函数返回时,这段内存就会被释放,供下一个函数使用。

大小限制:栈的大小通常是固定的,由编译器在编译时确定,并且不可手动扩展。当栈的大小超过了系统限制时,会导致栈溢出,从而导致程序崩溃。

在编写程序时,需要注意控制栈的大小,以避免出现栈溢出的情况。一些常见的控制方法包括:避免递归调用过深、避免过多的局部变量和数组、使用动态内存分配等。

堆内存


堆内存是指由程序员手动申请和释放的动态内存区域,其大小和生命周期由程序员控制。堆内存一般用于动态存储一些数据结构,如链表、树等,或者在运行时需要动态申请内存时使用。

在C语言中,可以使用malloc()、calloc()、realloc()等函数动态申请堆内存,申请的内存可以使用指针来访问,直到使用free()函数手动释放。

堆内存区的特点:

堆内存的管理相对于栈内存要复杂一些,因为堆内存的大小和生命周期都是由程序员来管理的。如果没有正确地管理堆内存,就容易导致内存泄漏或内存溢出等问题。

在堆内存使用过程中,程序员需要注意以下几点:

动态申请内存后,需要检查返回值,确保内存申请成功。

使用完毕后,必须显式地调用free()函数释放内存。

对同一块内存重复调用free()函数可能会导致程序崩溃。

堆内存的生命周期结束后,应该尽快释放内存,以免占用过多的系统资源。

总之,在使用堆内存时,程序员需要格外小心,要正确地申请、使用和释放内存,以保证程序的正确性和稳定性。

代码区


代码区是指程序运行时存放指令的区域,也叫只读代码区或者文本段。通常情况下,程序运行时的指令是不允许被修改的,因此代码区中的指令通常是只读的,且不可修改。

代码区通常包括程序的二进制代码、程序的常量、静态变量和字符串常量等。在程序运行时,操作系统将代码区加载到内存中,并将控制转移至代码区中的起始位置开始执行指令。

代码区的使用场景通常是存储编译后的程序指令和常量,因此它主要用于存储程序的执行代码。在代码区中,通常不会存储任何动态分配的数据,例如堆和栈中的变量。代码区的大小取决于程序的指令大小和常量大小等因素。

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