数组类型和用 malloc 分配的数组的区别

Posted 2023-02-14

【中文标题】数组类型和用 malloc 分配的数组的区别

【英文标题】：Difference between array type and array allocated with malloc

【发布时间】：2012-05-21 11:28:02

【问题描述】：

今天我正在帮助我的一个朋友编写一些 C 代码，我发现了一些奇怪的行为，我无法向他解释为什么会发生这种情况。我们有一个包含整数列表的 TSV 文件，每行有一个 int。第一行是列表的行数。

我们还有一个带有非常简单的“readfile”的 c 文件。第一行读到n，行数，然后有一个初始化：

int list[n]

最后是 n 和 fscanf 的 for 循环。

对于小的 n（直到 ~100.000），一切都很好。但是，我们发现当 n 很大时（10^6），会发生段错误。

最后，我们将列表初始化改为

int *list = malloc(n*sizeof(int))

一切顺利，即使n 很大。

有人可以解释为什么会这样吗？是什么导致了int list[n] 的段错误，当我们开始使用list = malloc(n*sizeof(int)) 时它停止了？

【问题讨论】：

正是我正在寻找的，我在 harckerank 数组操作问题中遇到了同样的问题。

【参考方案1】：

int list[n] 将数据存储在堆栈中，而 malloc 将其存储在堆中。

栈是有限的，空间不大，而堆要大很多。

【参考方案2】：

int list[n] 是一个 VLA，它在堆栈上而不是在堆上分配。您不必释放它（它会在函数调用结束时自动释放）并且它分配得很快，但存储空间非常有限，正如您所发现的。您必须在堆上分配更大的值。

【参考方案3】：

这个声明在栈上分配内存

    int list[n]

malloc 在堆上分配。

堆栈大小通常比堆小，因此如果您在堆栈上分配太多内存，则会出现堆栈溢出。

另见this answer for further information

【参考方案4】：

当您使用malloc 进行分配时，内存是从堆而不是从堆栈分配的，堆栈的大小受到更多限制。

【参考方案5】：

int list[n]

在堆栈上为n 整数分配空间，这通常非常小。在堆栈上使用内存比替代方案快得多，但它非常小，如果您执行分配大数组或递归太深等操作，很容易溢出堆栈（即分配太多内存）。您不必手动取消分配以这种方式分配的内存，当数组超出范围时由编译器完成。

另一方面，

malloc 在堆中分配空间，与堆栈相比，通常非常大。您将不得不在堆上分配更多的内存来耗尽它，但是在堆上分配内存比在堆栈上分配内存要慢得多，并且您必须通过 free 手动解除分配使用它。

【讨论】：

“在堆栈上使用内存比其他方式快得多”，这里是指“分配”还是“访问”？ AFAIK，堆栈分配要快得多，但它也适用于访问（读/写）吗？谢谢

【参考方案6】：

这里有几个不同的部分。

首先是声明数组为的区别

int array[n];

和

int* array = malloc(n * sizeof(int));

在第一个版本中，您声明了一个具有自动存储期限的对象。这意味着该数组仅在调用它的函数存在时才存在。在第二个版本中，您将获得具有动态存储持续时间的内存，这意味着它会一直存在，直到它被 free 显式释放。

第二个版本在这里工作的原因是 C 通常如何编译的实现细节。通常，C 内存分为几个区域，包括堆栈（用于函数调用和局部变量）和堆（用于malloced 对象）。堆栈的大小通常比堆小得多；通常它是8MB之类的东西。因此，如果您尝试使用

分配一个巨大的数组

int array[n];

那么你可能会超出堆栈的存储空间，导致段错误。另一方面，堆通常具有很大的大小（例如，与系统上的可用空间一样多），因此mallocing 一个大对象不会导致内存不足错误。

一般来说，小心 C 中的可变长度数组。它们很容易超过堆栈大小。首选malloc，除非你知道它的大小很小，或者你真的只想要这个数组很短的时间。

希望这会有所帮助！

【讨论】：

很好的答案！我想知道速度是否也有差异？

由于引用局部性的影响，我怀疑堆栈分配的数组访问速度更快，而malloc 本身比仅仅碰撞堆栈指针要慢得多。但实际上，最好使用更适合手头任务的任何方法。

或者，如果你声明 int arr[1000000];在任何函数之外，它们会自动设置为零并将存储在堆中。

@DSOI__UNUNOCTIUM 这些阵列将具有静态存储持续时间。您确定它们会存储在堆上吗？

我之前已经分配了大小高达几十万的数组。我现在就测试一下。

【参考方案7】：

假设您的实现中有一个典型的实现，很可能是：

int list[n]

堆栈上的已分配列表，其中：

int *list = malloc(n*sizeof(int))

在您的堆上分配内存。

在堆栈的情况下，它们可以增长到多大通常是有限制的（如果它们可以增长的话）。在堆的情况下仍然有一个限制，但这往往在很大程度上受到您的 RAM + 交换 + 地址空间的限制，这通常至少大一个数量级，如果不是更多的话。

【参考方案8】：

如果您使用的是 linux，您可以将 ulimit -s 设置为更大的值，这也可能适用于堆栈分配。 当您在堆栈上分配内存时，该内存将一直保留到函数执行结束。如果您在堆上分配内存（使用 malloc），您可以随时释放内存（甚至在函数执行结束之前）。

一般来说，堆应该用于大内存分配。

【参考方案9】：

   int array[n];

这是一个静态分配数组的例子，在编译时数组的大小是已知的。并且数组会被分配到栈上。

   int *array(malloc(sizeof(int)*n);

这是一个动态分配数组的例子，数组的大小将在运行时为用户所知。并且数组会被分配到堆上。