内存管理之堆heap

Posted 2022-07-13 jiangtongxue

1、什么是堆？
 堆（heap）是一种内存管理方式。内存管理对操作系统来说是一件非常复杂的事情，因为首先内存容量很大，
 其次就是内存需求在时间和大小块上没有规律（操作系统上运行着几十甚至几百个进程，这些进程可能随时
 都会申请或者是释放内存，并且申请和释放的内存块大小是随意的）。
 堆这种内存管理方式的特点就是自由（随时申请、随时释放、大小块随意）。堆内存是操作系统划归给堆管
 理器（操作系统中的一段代码，属于操作系统的内存管理单元）来管理的，然后向使用者（用户进程）提供
 API（malloc和free）来使用堆内存。
 
 我们什么时候使用堆内存？
 当我们需要的内存容量比较大时，需要反复使用及释放时，很多数据结构（譬如链表）的实现都要使用堆内存。
 
2、堆管理内存的特点（大块内存、手工分配&使用&释放）
 特点一：容量不限（常规使用的需求容量都可以满足）
 特点二：申请及释放都需要手工运行，手工进行的含义就是需要程序员写代码明确进行申请malloc及释放free。
 如果程序员申请内存并使用后未释放，这段内存就丢失了（在堆管理器的记录中，这段内存仍然属于你这个进程，
 但是进程自己又以为这段内存已经不用了，所以进程再次运行的时候，就又会去申请新的内存块，这就叫做吃内存），
    称之为内存泄漏。在C/C++语言中，内存泄漏是最严重的程序bug，这也是别人认为Java/C#等语言比C/C++优秀的地方。
3、C语言操作堆内存的接口（malloc free）
    堆内存释放的时候最简单，直接调用free释放即可。  void free(void *ptr);
 堆内存申请时，有3个可选择的类似功能的函数：malloc ，calloc， realloc
 void *malloc(size_t size);
 void *calloc(size_t nmemb, size_t size);     //nmemb个单元，每个单元size字节
 void *realloc(void *ptr, size_t size);       //改变原来申请的空间的大小的
 
 譬如要申请10个int元素的内存：
 malloc(40);           malloc(10 * sizeof(int));
 calloc(10, 4);        calloc(10, sizeof(int));
 
 数组定义时必须同时给出数组元素个数（数组大小），而且一旦定义在无法更改。
 堆内存在申请时必须给定大小，然后一旦申请完成大小不变，如果要变只能通过realloc接口。
4、堆的优势和劣势（管理大块内存、灵活、容易内存泄漏）
 优势：灵活
 劣势：需要程序员去处理各种细节，所以容易出错，严重依赖于程序员的水平。