微灯手握寸笔，细谈内存管理

Posted 2022-01-16 乔乔家的龙女仆

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• • 传统艺能😎
  • 过渡区🤣
  • 正片开始👀
  • 地址空间👏
  • 指针与内存关系👏
  • 内存分配与初始化细节👏
  • 内存泄漏👏
  • Cookie👏

传统艺能😎

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过渡区🤣

现在是北京时间14:00，期末考试，上午线代，还算顺利；天是灰色的今天超冷，听说成都的家好像下雪了还没问爸爸妈妈是不是真的，如果是真的希望回家的时候还能看见雪吧。

正片开始👀

地址空间👏

首先我们回味一下之前的老图，这个图由于是我手残加 ppt 即时创作，又因为是C语言入门时讲的，内容非常粗糙磕碜。要仔细研究这张图我们应该将它翻转90度会更加容易理解更贴近原理：

我们所熟知的，栈区数据存储的地址是从高地址到低地址，堆区数据存储的地址则是由低到高，而堆区下面可细分为未初始化和已初始化的全局数据区，字符常量区和代码区。而细心的你可能注意到了我代码区下面留了一撮空间代表下面还有，但这一撮属于灰色地带，目前看作为 “内存” ，但本质上不是内存，涉及到计算机操作系统原理不赘述。

从内存中0x000……0到堆区的地方其实基本上伴随整个程序的运行一直都存在，我们相对熟悉的就是栈区和堆区，栈区的我们函数调用后临时变量在栈帧中形成，随着申请与释放来进行空间管理。

那伴随整个程序的运行一直都存在的这部分数据，像 static 这类函数修饰的变量，为什么又会被改变生命周期呢？其实在编译的时候就被编译进了全局数据区。

指针与内存关系👏

void function(char *a)

  return 1;

我们在写函数时如果内容传的是指针，如果有好的习惯一般会先去对指针做一下合法性判定，这个判定什么意思，比如我们传了一个野指针，它会指向内存中任何一个位置，我是没有办法确认这个随机位置有无访问权限，所以要做合法性判定。

但是指针如果有具体的指向，对应的合法性我们是没办法验证的，包括野指针，是不是很疑惑，野指针不是随机指向，说白了就是乱指，那还没办法验证吗？是的，没办法。很简单，确认指针具体值的合法性，这不是咱作为用户可以做到的，这属于操作系统职责。

这种尴尬的情况我们所谓的合法性判定怎么搞呢？我们所谓的“合法”是落足于应用层面。其实所有的指针在没有被使用时，我们都应该设置成 NULL，这是一个规范问题。

在函数内部要验证指针合法性时，本质上就是在验证指针（ ！=NULL）。可以直接 if 判断，还有就是很多书中用的一个检查指针的宏——assert ，一般是在调试阶段使用，assert（name）如果内部条件不满足非空，就会直接咔嚓掉，中道崩殂没有后续。但是不好意思，assert只能检验是否 NULL，不能检验是否为野指针。

内存分配与初始化细节👏

之前就想专门提一下几个和内存空间有关联的函数，现在就放在这里一起总结了吧。

我们为指针分配了内存，但是内存大小多少会影响实际结果，不够就会造成越界。

char *p = "hello";
char *q = (char*)malloc(sizeof(char)*strlen(p)+1*sizeof(char));
strcpy(q,p);

p是字符串变量，长度为 5 个字符，但实际内存占用 6 个字符，不要忘了" \\0 ",所以我们做 +1 处理，分配完了记得要初始化，初始化为非必须操作，但建议初始化，这是为了能让咱编码盘的明明白白。我们初始化变量时直接 0 或者 NULL，数组可以 = 0,也可以使用 memset 函数：

memset(a,0,sizeof(a));

它的 3 个参数分别代表起始地址，初始化设置的值以及设置的内存大小，单位为字节。

内存泄漏👏

int main()

while(1)

int *p = malloc(1024);

这里不做测试了，这会让电脑越来越卡，死循环加申请空间，程序级别的老赖，空间只借不还，以上代码就生动诠释了何为内存泄漏。

给个C语言之外的问题：程序挂了，已经退出了，那内存泄露问题还在吗？我自己的想法是在的，因为内存已经被申请了，退出程序只是终止了空间继续申请，不影响已产生的空间。但是我错了，其实在程序退出时，操作系统会强制拿回这部分空间，内存泄漏也就不在了。

所以诸位警惕windows的操作系统和杀毒软件这类常驻进程，几乎从来不会退出，最怕的就是内存泄漏，蓝屏安排，卡顿安排；但后端的服务器也是如此，无时无刻提供服务，一但内存泄露就会嘿嘿。

Cookie👏

malloc 之后空间要给 free 掉，我们 free（p）目前只知道堆空间的起始地址，并不知道要释放多少空间，如果 p 是 5 个字节，那么 free 一定会释放的比5个字节多，那么辩证思维，其实申请的空间就一定会比 5 个字节多。

编译器是怎么做到正确释放呢？其实实际 malloc 申请空间的时候，系统就会给的更多，多出来的部分，记录的就是申请的详细信息：空间大小，申请时间等等，free 会确认信息然后精准 free掉。

这部分多申请的空间叫 cookie，内存级的 cookie，就是用来保存这些信息的。再延伸就是C语言的边界操作系统了，不赘述。

所以我们在 malloc 时肯定是申请大空间会更好，因为 cookie 的比例会更小，想象一下利息相同时你会借多借少就能体会了。

今天就到这里吧，摸了家人们。