黑马程序员C语言基础（第七天）内存管理

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了黑马程序员C语言基础（第七天）内存管理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

黑马程序员C语言基础（第七天）内存管理

文章目录

内存管理

作用域

C语言变量的作用域分为：

  • 代码块作用域(代码块是{}之间的一段代码)
  • 函数作用域
  • 文件作用域

8.1.1 局部变量（auto自动变量）

在这里插入图片描述
局部变量也叫auto自动变量(auto可写可不写)，一般情况下代码块{}内部定义的变量都是自动变量，它有如下特点：

  • 在一个函数内定义，只在函数范围内有效
  • 在复合语句中定义，只在复合语句中有效
  • 随着函数调用的结束或复合语句的结束局部变量的声明声明周期也结束
  • 如果没有赋初值，内容为随机

注意：auto关键字在c++ .cpp文件下不能识别

#include <stdio.h>

void test()
{
	//auto写不写是一样的
	//auto只能出现在{}内部
	auto int b = 10; 
}

int main(void)
{
	//b = 100; //err， 在main作用域中没有b

	if (1)
	{
		//在复合语句中定义，只在复合语句中有效
		int a = 10;
		printf("a = %d\\n", a);
	}

	//a = 10; //err离开if()的复合语句，a已经不存在
	
	return 0;
}

8.1.2 静态(static)局部变量

在这里插入图片描述

  • static局部变量的作用域也是在定义的函数内有效
  • static局部变量的生命周期和程序运行周期一样，同时staitc局部变量的值只初始化一次（如：static int i =10;只能运行一次），但可以赋值多次
  • static局部变量若未赋以初值，则由系统自动赋值：数值型变量自动赋初值0，字符型变量赋空字符
#include <stdio.h>

void fun1()
{
	int i = 0;
	i++;
	printf("i = %d\\n", i);
}

void fun2()
{
	//静态局部变量，没有赋值，系统赋值为0，而且只会初始化一次
	static int a;
	a++;
	printf("a = %d\\n", a);
}

int main(void)
{
	fun1();
	fun1();
	fun2();
	fun2();
	
	return 0;
}

结果：

i = 1
i = 1
a = 1
a = 2

普通局部变量和静态（static）局部变量的区别

在这里插入图片描述

8.1.3 全局变量

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
声明用extern关键字声明

跨文件使用全局变量也同样要先声明

  • 在函数外定义，可被本文件及其它文件中的函数所共用，若其它文件中的函数调用此变量,须用extern声明
  • 全局变量的生命周期和程序运行周期一样
  • 不同文件的全局变量不可重名

跨文件使用全局变量示例（没用头文件）

main.cpp

#include <stdio.h>


int main(void)
{
	extern void test();
	test();

	extern int a;
	extern int b;
	a = 111;
	b = 222;
	printf("a = %d, b= %d\\n", a, b);

	return 0;
}

fun.cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <String.h>

int a = 10;
int b = 5;
void test() {
	a = 1;
	b = 1;
}

运行结果：

a = 111, b= 222

跨文件使用全局变量示例（用头文件）

main.cpp

#include <stdio.h>
#include "test.h"

int main(void)
{
	test();
	a = 111;
	b = 222;
	printf("a = %d, b= %d\\n", a, b);

	return 0;
}

fun.cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <String.h>

int a = 10;
int b = 5;
void test() {
	a = 1;
	b = 1;
}

test.h

#pragma once
extern void test();
extern int a;
extern int b;

运行结果：

a = 111, b= 222

8.1.4 静态(static)全局变量

在这里插入图片描述

  • 在函数外定义,作用范围被限制在所定义的文件中
  • 不同文件静态全局变量可以重名,但作用域不冲突
  • static全局变量的生命周期和程序运行周期一样，同时staitc全局变量的值只初始化一次

8.1.5 extern全局变量声明

extern int a;声明一个变量，这个变量在别的文件中已经定义了，这里只是声明，而不是定义。

8.1.6 全局函数（普通函数）和静态函数（static函数）

在这里插入图片描述

在C语言中函数默认都是全局的，使用关键字static可以将函数声明为静态，函数定义为static就意味着这个函数只能在定义这个函数的文件中使用，在其他文件中不能调用，即使在其他文件中声明这个函数都没用。

对于不同文件中的staitc函数名字可以相同。

在这里插入图片描述
注意：

  • 允许在不同的函数中使用相同的变量名，它们代表不同的对象，分配不同的单元，互不干扰。
  • 同一源文件中,允许全局变量和局部变量同名，在局部变量的作用域内，全局变量不起作用。
  • 所有的函数默认都是全局的，意味着所有的函数都不能重名，但如果是staitc函数，那么作用域是文件级的，所以不同的文件static函数名是可以相同的。

8.1.7 总结

auto变量就是局部变量（普通变量），extern变量就是全局变量，extern函数就是普通函数
在这里插入图片描述

8.2 内存布局

size ./out
可以看区？

还真可以！

dontla@dontla-virtual-machine:~/桌面/test$ size test
   text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
   1820	    608	      8	   2436	    984	test

8.2.1 内存分区（text代码区、data区、bss区、栈区、堆区）

在这里插入图片描述

C代码经过预处理、编译、汇编、链接4步后生成一个可执行程序。
在 Linux 下，程序是一个普通的可执行文件，以下列出一个二进制可执行文件的基本情况：
在这里插入图片描述
通过上图可以得知，在没有运行程序前，也就是说程序没有加载到内存前，可执行程序内部已经分好3段信息，分别为代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）3 个部分（有些人直接把data和bss合起来叫做静态区或全局区）。

  • 代码区
    存放 CPU 执行的机器指令。通常代码区是可共享的（即另外的执行程序可以调用它），使其可共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可。代码区通常是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外，代码区还规划了局部变量的相关信息。

  • 全局初始化数据区/静态数据区（data段）
    该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量、已经初始化的静态变量（包括全局静态变量和局部静态变量）和常量数据（如字符串常量）。

  • 未初始化数据区（又叫 bss 区）
    存入的是全局未初始化变量和未初始化静态变量。未初始化数据区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为 0 或者空（NULL）。

程序在加载到内存前，代码区和全局区(data和bss)的大小就是固定的，程序运行期间不能改变。然后，运行可执行程序，系统把程序加载到内存，除了根据可执行程序的信息分出代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）之外，还额外增加了栈区、堆区。

在这里插入图片描述

  • 代码区（text segment）
    加载的是可执行文件代码段，所有的可执行代码都加载到代码区，这块内存是不可以在运行期间修改的。

  • 未初始化数据区（BSS）（Block Started by Symbol）
    加载的是可执行文件BSS段，位置可以分开亦可以紧靠数据段，存储于数据段的数据（全局未初始化，静态未初始化数据）的生存周期为整个程序运行过程。

  • 全局初始化数据区/静态数据区（data segment）
    加载的是可执行文件数据段，存储于数据段（全局初始化，静态初始化数据，文字常量(只读)）的数据的生存周期为整个程序运行过程。

  • 栈区（stack）
    栈是一种先进后出的内存结构，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、返回值、局部变量等。在程序运行过程中实时加载和释放，因此，局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。

  • 堆区（heap）
    堆是一个大容器，它的容量要远远大于栈，但没有栈那样先进后出的顺序。用于动态内存分配。堆在内存中位于BSS区和栈区之间。一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收。

8.2.2 存储类型总结（有用！）

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int e;
static int f;
int g = 10;
static int h = 10;
int main()
{
	int a;
	int b = 10;
	static int c;
	static int d = 10;
	char *i = "test";
	char *k = NULL;

	printf("&a\\t %p\\t //局部未初始化变量\\n", &a);
	printf("&b\\t %p\\t //局部初始化变量\\n", &b);

	printf("&c\\t %p\\t //静态局部未初始化变量\\n", &c);
	printf("&d\\t %p\\t //静态局部初始化变量\\n", &d);

	printf("&e\\t %p\\t //全局未初始化变量\\n", &e);
	printf("&f\\t %p\\t //全局静态未初始化变量\\n", &f);

	printf("&g\\t %p\\t //全局初始化变量\\n", &g);
	printf("&h\\t %p\\t //全局静态初始化变量\\n", &h);

	printf("i\\t %p\\t //只读数据(文字常量区)\\n", i);

	k = (char *)malloc(10);
	printf("k\\t %p\\t //动态分配的内存\\n", k);

	return 0;
}

&a       00D3FA00        //局部未初始化变量
&b       00D3F9F4        //局部初始化变量
&c       0118A18C        //静态局部未初始化变量
&d       0118A048        //静态局部初始化变量
&e       0118A184        //全局未初始化变量
&f       0118A188        //全局静态未初始化变量
&g       0118A040        //全局初始化变量
&h       0118A044        //全局静态初始化变量
i        01187B30        //只读数据(文字常量区)
k        00FF04D0        //动态分配的内存

栈越界：指分配的内存空间超出了栈的范围（ulimit -a）

在linux下用ulimit -a指令查看各个空间大小：

可以看到栈的空间为8192kbytes，也就是8Mb

dontla@dontla-virtual-machine:~/桌面/test$ ulimit -a
core file size          (blocks, -c) 0
data seg size           (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority             (-e) 0
file size               (blocks, -f) unlimited
pending signals                 (-i) 111644
max locked memory       (kbytes, -l) 65536
max memory size         (kbytes, -m) unlimited
open files                      (-n) 1024
pipe size            (512 bytes, -p) 8
POSIX message queues     (bytes, -q) 819200
real-time priority              (-r) 0
stack size              (kbytes, -s) 8192
cpu time               (seconds, -t) unlimited
max user processes              (-u) 111644
virtual memory          (kbytes, -v) unlimited
file locks                      (-x) unlimited

放visual studio上也会报错：（但大小好像不太一样？）
在这里插入图片描述

8.2.3 存储类型总结内存操作函数

1) memset()（将s的内存区域的前n个字节以字符c填入）（注意是以字节为单位填入，一个字节填入一个字符的ascii码）

在这里插入图片描述

#include <string.h>
void *memset(void *s, int c, size_t n);
功能：将s的内存区域的前n个字节以参数c填入
参数：
	s：需要操作内存s的首地址
	c：填充的字符，c虽然参数为int，但必须是unsigned char , 范围为0~255
	n：指定需要设置的大小
返回值：s的首地址

#include <stdio.h>
#include <String.h>

int main()
{
	int a[10];

	memset(a, 0, sizeof(a));
	memset(a, 97, sizeof(a));
	//memset(a, 'a', sizeof(a));//都可以
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%c\\n", a[i]);
	}

	return 0;
}

结果：

a
a
a
a
a
a
a
a
a
a

示例：以字节为单位初始化
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2) memcpy()（拷贝src所指的内存内容的前n个字节到dest所值的内存地址上）（即使遇到 \\0 也能拷贝）

#include <string.h>
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
功能：拷贝src所指的内存内容的前n个字节到dest所值的内存地址上。
参数：
	dest：目的内存首地址
	src：源内存首地址，注意：dest和src所指的内存空间不可重叠
	n：需要拷贝的字节数
返回值：dest的首地址

示例1：

#include "cal.h"
#include<stdio.h>
int main() { 
	int a[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
	int b[10] = {0};

	memcpy(b, a, sizeof(a));

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d, ",*(b+i));
	}
	printf("\\n");

	//memcpy(&a[3], a, 5 * sizeof(int)); //err, 内存重叠
}

结果：

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,

示例2：

#include <stdio.h>
#include <String.h>

int main()
{
	char p[] = "adfsfdsf\\0assfs";
	//printf("%s\\n", p);//adfsfdsf
	//printf("%d\\n",sizeof(p));//15
	char buf[100];

	strncpy_s(buf, p, sizeof(p));
	printf("%s\\n", buf);//adfsfdsf
	printf("%s\\n", buf + strlen("adfsfdsf") + 1);//无（说明strncpy没法将\\0后面的字符拷贝过去）
	
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	memcpy(buf, p, sizeof(p));
	printf("%s\\n", buf);//adfsfdsf
	printf("%s\\n", buf + strlen("adfsfdsf") + 1);//assfs
	return 0;
}

3) memmove()（内存重叠时代替memcpy()使用）（内存重叠：使用memcpy拷贝的过程中原数组值发生变化，使得结果不正确）（踩内存）

memmove()功能用法和memcpy()一样，区别在于：dest和src所指的内存空间重叠时，memmove()仍然能处理，不过执行效率比memcpy()低些。

4) memcmp()（主要用来比较两个地址前n个字节是否相等）

#include <string.h>
int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n);
功能：比较s1和s2所指向内存区域的前n个字节
参数：
	s1：内存首地址1
	s2：内存首地址2
	n：需比较的前n个字节
返回值：
	相等：=0
	大于：>0
	小于：<0

#include <stdio.h>
#include <String.h>

int main()
{
	int a[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
	int b[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

	int flag = memcmp(a, b, sizeof(a));
	printf("flag = %d\\n", flag);//flag = 0
}

8.2.4 堆区内存分配和释放

1)malloc()

#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
功能：在内存的动态存储区(堆区)中分配一块长度为size字节的连续区域，用来存放类型说明符指定的类型。分配的内存空间内容不确定，一般使用memset初始化。
参数：
	size：需要分配内存大小(单位：字节)
返回值：
成功：分配空间的起始地址
失败：NULL

#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int count, * array, n;
	printf("请输入要申请数组的个数:\\n");
	scanf_s("%d", &n);

	array = (int*)malloc(n * sizeof(int));
	if (array == NULL)
	{
		printf("申请空间失败!\\n");
		return -1;
	}
	//将申请到空间清0
	memset(array, 0, sizeof(int) * n);

	for (count = 0; count < n; count++) /*给数组赋值*/<
以上是关于黑马程序员C语言基础（第七天）内存管理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 

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