C/C++内存管理

1. 静态内存

　　静态内存是指在程序开始运行时由编译器分配的内存，它的分配是在程序开始编译时完成的，不占用CPU资源。程序中的各种变量，在编译时系统已经为其分配了所需的内存空间，当该变量在作用域内使用完毕时，系统会自动释放所占用的内存空间。变量的分配与释放，都无须程序员自行考虑。

　　eg:基本类型，数组

2. 动态内存

　　用户无法确定空间大小，或者空间太大，栈上无法分配时，会采用动态内存分配。用malloc或者new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或者delete手动释放内存。只用malloc或new分配的内存在堆里。

3.静态内存和动态内存的区别

　　(1) 静态内存分配在编译时完成，不占用CPU资源; 动态内存分配在运行时，分配与释放都占用CPU资源。

　　(2) 静态内存在栈(stack)上分配; 动态内存在堆(heap)上分配。

　　(3) 动态内存分配需要指针和引用类型支持，静态不需要。

　　(4) 静态内存分配是按计划分配，由编译器负责; 动态内存分配是按需分配，由程序员负责。

4.内存分配方式

　　虚拟内存结构：

　　　

注：这里谈的分配，都是指在虚拟内存中的分配。实际的分配需要做的是将虚拟地址映射到物理地址（段页式存储管理）。

内存分配方式一共有三种：

　　(1)从静态存储区域分配（全局变量，静态变量，在虚拟内存的数据段）

　　内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在，例如，全局变量，静态变量。

　　(2)在栈上创建（局部变量，在虚拟内存的栈，属于静态内存）

　　在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束后这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。

　　(3)在堆上分配，亦称动态内存分配(malloc或者new申请，在虚拟内存的堆里，即在“空洞”里，属于动态内存)

　　程序在运行的时候用malloc或者new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或者delete手动释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但是问题也多。

5.内存释放问题

　　(1)静态存储区域以及创建的栈，在函数执行完以后，出栈销毁，这个过程会自动释放静态分配的内存，不需要程序员手动操作；

　　(2)而动态分配的内存，实际是在堆上，系统没法自动释放堆上的内存，需要程序员手动写free或者delete函数来告诉系统需要释放堆上哪个位置的内存；

6.常见的内存错误及对策

　　(1)内存尚未分配成功，却使用了它；

　　解决办法：在使用内存之前检查指针是否为NULL。如果指针p是函数的参数，那么在函数的入口使用assert(p != NULL) 进行检查，如果是用malloc或者new来申请的，应该用if (p == NULL)或者 if (p != NULL) 来进行防错处理。

　　(2)内存分配虽然成功，但是尚未初始化就引用它；

　　错误原因：一是没有初始化的观念，二是误以为内存的缺省初值全为零，导致引用初值错误（如数组）。

　　解决办法：内存的缺省初值是什么并没有统一的标准，尽管有些时候为零值，但是宁可信其有，不可信其无，无论以何种方式创建数组，都要赋初值。

int *p1,*p2;
int a=100,b=60;
p1=&a;
p2=&b;
//或者*p1=a;*p2=b;
printf("%d,%d\n",*p1,*p2);//100,60

　　(3)内存分配成功并初始化，但是超过了内存的边界；

　　这种问题常出现在数组越界，写程序是要仔细。

　　(4)忘记释放内存，造成内存泄露；

　　含有这种错误的函数每次被调用都会丢失一块内存，开始时内存充足，看不到错误，但终有一次程序死掉，报告内存耗尽。

7.内存管理需要遵循的规则

　　（1）用malloc 或者 new 申请内存之后，应该立即检查指针值是否为 NULL ，防止使用指针值为NULL的内存；

　　（2）不要忘记数组和动态内存赋初值，防止未被初始化的内存作为右值使用；

　　（3）避免数组或者指针下标越界，特别要当心“多1”或者“少1”的操作；

　　（4）动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄露；

　　（5）用free或者delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生“野指针”。

8.动态内存管理操作

　　8.1动态内存分配

//函数说明
#include<stdio.h>
void *malloc(size_t size);
void *calloc(size_t nmemb,size_t size);

　　(1)malloc的参数size表示分配的内存空间的大小，单位是字节Byte。

　　(2)calloc的参数nmemb表示分配的内存空间占的数据项数目，参数size表示一个数据项的大小，单位是字节Byte。也就是说calloc分配的是nmemb X size大小的内存空间。

两者的区别是calloc将初始化所分配的内存空间，把所有位设置为0。

　　(3)调用成功返回分配内存的地址，失败返回null。

　　8.2动态内存释放

//函数说明
#include<stdio.h>
void free(void *ptr);

　　动态内存示例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
char *upcase(char *inputstring);
int main(void)
{
　　char *str1;
　　str1=upcase("Hello");
　　printf("str1 = %s \n",str1);
　　free(str1);
　　return 0;

}
//子函数中动态分配的内存的指针返回到主函数中
char *upcase(char *inputstring)
{
　　char *newstring;
　　int counter;
　　if(!(newstring=malloc(strlen(inputstring)+1))//为newstring分配动态内存，长度为strlen(inputstring)+1
　　{
　　　　printf("Error allocate memory!");
　　　　exit(255);
　　}
　　
　　strcpy(newstring,inputsreing);
　　for(counter=0;counter<strlen(newstring);counter++)
　　{
　　　　if(newstring[counter]>=97 && newstring[counter]<=122)
　　　　{
　　　　　　newstring[counter]-=32;
　　　　}
　　}
　　return newstring;
}