Linux & 标准C语言学习 <DAY12_2>

一、堆内存

    1、什么是堆内存

        是进程的一个内存段(text、data、bss、stack、heap)

        由程序员手动管理

        特点是足够大，缺点是使用麻烦

    2、为什么要使用堆内存

        1.随着程序的复杂数据量多

        2.其它内存段的申请和是否不受控制，堆内存的申请释放受控制

    3、如何使用堆内存

        注意：C语言中没有任何控制堆内存的语句或者关键字，只能通过C标准库提供的函数进行使用

            #include <stdlib.h>

            void *malloc(size_t size);

                功能：从堆内存中申请size个字节数，申请成功会得到连续的内存

                返回值：成功时返回申请到的连续内存的首地址，失败时返回NULL

                注意：malloc不会专门对申请到的内存清理为零

            void free(void *ptr);

                功能：释放一段堆内存，只是释放使用权而不是清零、

                ptr：要释放的堆内存的首地址

                注意：free不能连续释放同一个地址和非法地址，不然会导致内存崩溃；但是可以free(NULL)

            void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

                功能：从堆内存中申请nmemb个大小为size字节的一块连续内存  //总大小：nmemb*size

                返回值：成功时返回申请到的连续内存的首地址，失败时返回NULL

                注意：通过calloc会专门对申请到的内存清理为零，速度较malloc慢一些

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

                功能：改变已有堆内存块的大小

                ptr：待调整的内存块的首地址

                size：调整后的内存块的字节数

                返回值：是调整后的内存块的首地址，有可能会改变，必须重新接受新地址(不能在原内存块基础上调整)

                    1.申请一块新的符合要求的内存块

                    2.把原内存中的内容拷贝到新内存中

                    3.释放原内存并返回新内存的首地址

        4、malloc的内存管理机制

            1.当首次向malloc申请内存时，malloc会向操作系统申请堆内存，操作系统会直接分配33页(1页=4096字节)内存给malloc管理

            2.每个内存块之间一定会有一些空隙(4~12字节)，一部分空隙是为了内存对齐，其中一定有4个字节用于记录malloc的维护信息，如果维护信息被破坏，会影响下一次free的调用

           

        5、使用堆内存时需要注意的问题

            1.内存泄漏：

                内存无法使用，也无法被释放，而当再次需要时只能重新申请，重复以上过程，长期会导致系统中可用的内容越来越少

                注意：程序一旦结束，属于它的所有资源都会被操作系统回收

                *如何避免内存泄漏：

                    谁申请的谁释放，谁知道该释放谁释放

                *如何判断、定位内存泄漏：

                    a.查看内存的使用情况  //windows：任务管理器  Linux：命令ps -aux

                    b.代码分析工具mtrace，检查malloc、free的使用情况

                    c.封装新的malloc、free函数，记录调用信息到日志中    

            2.内存碎片

                已经被释放但是又无法继续使用的内存叫做内存碎片，是由于申请和释放的时间不协调导致的，无法避免只能尽量减少

                *如何减少内存碎片：

                    a.尽量使用栈内存，栈内存不会产生内存碎片

                    b.不要频繁申请和释放内存

                    c.尽量申请大块内存，自己管理

            3.内存清理函数

                #include <strings.h>

                void bzero(void *s, size_t n);

                    功能：把一块内存全部清理为零

                    s：内存块的首地址

                    n：要清理的内存字节数

                #include <string.h>

                void *memset(void *s, int c, size_t n);

                    功能：把内存块按字节设置为c

                    s：内存块的首地址

                    c：想要设置的ASCII码值

                    n：要清理的内存字节数

                    返回值：返回设置后的内存首地址 s  //链式调用：一个函数的返回值可以作为另一个函数的参数  free(memset(p,0,100));

        6、堆内存中定义二维数组

            1.指针数组：

                类型名* arr[n];

                for(int i=0; i<n; i++)

                {

                    arr[i] = malloc(size(类型)*n);

                }

                申请到 n行m列 的二维数组，每行内存不连续

                注意：每一行的m值可以不同，所以可以得到不规则的二维数组

                优点：容易申请成功

                缺点：容易产生内存碎片

            2.数组指针：

                类型名(*arrp)[m] = malloc(sizeof(类型)*n*m);

                申请到 n行m列 的二维数组，并且整体连续

                优点：不容易产生内存碎片

                缺点：相对而言对内存的要求更高

           

            注意：无论哪种方式申请，最后都是当作二维数组访问arr[i][j]