内存管理
在C语言中，关于内存管理的知识点比较多，如函数、变量、作用域、指针等，在探究C语言内存管理机制时，先简单复习下这几个基本概念：
1.变量不解释。但需要搞清楚这几种变量类型：
- 全局变量（外部变量）：出现在代码块{}之外的变量就是全局变量。
- 局部变量（自动变量）：一般情况下，代码块{}内部定义的变量就是自动变量，也可使用auto显示定义。
- 静态变量：是指内存位置在程序执行期间一直不改变的变量，用关键字static修饰。代码块内部的静态变量只能被这个代码块内部访问，代码块外部的静态变量只能被定义这个变量的文件访问。
- 注意：extern修饰变量时，根据具体情况，既可以看作是定义也可以看作是声明；但extern修饰函数时只能是定义，没有二义性。
2.作用域：
通常指的是变量的作用域，广义上讲，也有函数作用域及文件作用域等。我理解的作用域就是指某个事物能够存在的区域或范围，比如一滴水只有在0-100摄氏度之间才能存在，超出这个范围，广义上讲的“水”就不存在了，它就变成了冰或气体。
3.函数：不解释。
注意：C语言中函数默认都是全局的，可以使用static关键字将函数声明为静态函数（只能被定义这个函数的文件访问的函数）。
二、内存四区
计算机中的内存是分区来管理的，程序和程序之间的内存是独立的，不能互相访问，比如QQ和浏览器分别所占的内存区域是不能相互访问的。而每个程序的内存也是分区管理的，一个应用程序所占的内存可以分为很多个区域，我们需要了解的主要有四个区域，通常叫内存四区，如下图：
1.代码区
程序被操作系统加载到内存的时候，所有的可执行代码（程序代码指令、常量字符串等）都加载到代码区，这块内存在程序运行期间是不变的。代码区是平行的，里面装的就是一堆指令，在程序运行期间是不能改变的。函数也是代码的一部分，故函数都被放在代码区，包括main函数。
注意："int a = 0;"语句可拆分成"int a;“和"a = 0”，定义变量a的"int a;"语句并不是代码，它在程序编译时就执行了，并没有放到代码区，放到代码区的只有"a = 0"这句。
2.静态区
静态区存放程序中所有的全局变量和静态变量。
3.栈区
栈（stack）是一种先进后出的内存结构，所有的自动变量、函数形参都存储在栈中，这个动作由编译器自动完成，我们写程序时不需要考虑。栈区在程序运行期间是可以随时修改的。当一个自动变量超出其作用域时，自动从栈中弹出。
-
每个线程都有自己专属的栈；
-
栈的最大尺寸固定，超出则引起栈溢出；
-
变量离开作用域后栈上的内存会自动释放。
实验一：观察代码区、静态区、栈区的内存地址#include "stdafx.h" int n = 0; void test(int a, int b) { printf("形式参数a的地址是：%d\n形式参数b的地址是：%d\n",&a, &b); } int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { static int m = 0; int a = 0; int b = 0; printf("自动变量a的地址是：%d\n自动变量b的地址是：%d\n", &a, &b); printf("全局变量n的地址是：%d\n静态变量m的地址是：%d\n", &n, &m); test(a, b); printf("_tmain函数的地址是：%d", &_tmain); getchar(); }
运行结果如下：
结果分析：
- 自动变量a和b依次被定义和赋值，都在栈区存放，内存地址只相差12，需要注意的是a的地址比b要大，这是因为栈是一种先进后出的数据存储结构，先存放的a,后存放的b,形象化表示如上图（注意地址编号顺序）。一旦超出作用域，那么变量b将先于变量a被销毁。这很像往箱子里放衣服，最先放的最后才能被拿出，最后放的最先被拿出。
实验二：栈变量与作用域
#include "stdafx.h"
//函数的返回值是一个指针，尽管这样可以运行程序，但这样做是不合法的，因为
//非要这样做需在x变量前加static关键字修饰，即static int a = 0;
int *getx()
{
int x = 10;
return &x;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
int *p = getx();
*p = 20;
printf("%d", *p);
getchar();
}
结果分析
-
这段代码没有任何语法错误，也能得到预期的结果：20。但是这么写是有问题的：因为int p =
getx()中变量x的作用域为getx()函数体内部，这里得到一个临时栈变量x的地址，getx()函数调用结束后这个地址就无效了，但是后面的p
= 20仍然在对其进行访问并修改，结果可能对也可能错，实际工作中应避免这种做法，不然怎么死的都不知道。不能将一个栈变量的地址通过函数的返回值返回，切记！ -
另外，栈不会很大，一般都是以K为单位。如果在程序中直接将较大的数组保存在函数内的栈变量中，很可能会内存溢出，导致程序崩溃（如下实验三），严格来说应该叫栈溢出（当栈空间以满，但还往栈内存压变量，这个就叫栈溢出）。
实验三：看看什么是栈溢出
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
char array_char[1024*1024*1024] = {0};
array_char[0] = 'a';
printf("%s", array_char);
getchar();
}
怎么办？这个时候就该堆出场了。
4.堆区
堆（heap）和栈一样，也是一种在程序运行过程中可以随时修改的内存区域，但没有栈那样先进后出的顺序。更重要的是堆是一个大容器，它的容量要远远大于栈，这可以解决上面实验三造成的内存溢出困难。一般比较复杂的数据类型都是放在堆中。但是在C语言中，堆内存空间的申请和释放需要手动通过代码来完成。对于一个32位操作系统，最大管理管理4G内存，其中1G是给操作系统自己用的，剩下的3G都是给用户程序，一个用户程序理论上可以使用3G的内存空间。堆上的内存必须手动释放（C/C++），除非语言执行环境支持GC（如C#在.NET上运行就有垃圾回收机制）。那堆内存如何使用？
接下来看堆内存的分配和释放：
malloc与free
malloc函数用来在堆中分配指定大小的内存，单位为字节（Byte），函数返回void *指针；free负责在堆中释放malloc分配的内存。malloc与free一定成对使用。看下面的例子：
实验四：解决栈溢出的问题
#include "stdafx.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
void print_array(char *p, char n)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < n; i++)
{
printf("p[%d] = %d\n", i, p[i]);
}
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
char *p = (char *)malloc(1024*1024*1024);//在堆中申请了内存
memset(p, 'a', sizeof(int) * 10);//初始化内存
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p[i] = i + 65;
}
print_array(p, 10);
free(p);//释放申请的堆内存
getchar();
}
程序可以正常运行，这样就解决了刚才实验三的栈溢出问题。堆的容量有多大?理论上讲，它可以使用除了系统占用内存空间之外的所有空间。实际上比这要小些，比如我们平时会打开诸如QQ、浏览器之类的软件，但这在一般情况下足够用了。实验二中说到，不能将一个栈变量的地址通过函数的返回值返回，如果我们需要返回一个函数内定义的变量的地址该怎么办？可以这样做：
//实验五：
#include "stdafx.h"
#include "stdlib.h"
int *getx()
{
int *p = (int *)malloc(sizeof(int));//申请了一个堆空间
return p;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
int *pp = getx();
*pp = 10;
free(pp);
}
这样写是没有问题的，可以通过函数返回一个堆地址，但记得一定用通过free函数释放申请的堆内存空间。"int p = (int)malloc(sizeof(int));"换成"static int a =0"也是合法的。因为静态区的内存在程序运行的整个期间都有效，但是后面的free函数就不能用了！
关于内存管理的几个函数
malloc:
作用：从空闲内存池中分配内存
函数原型：void *malloc(size_t bytes);
返回值：申请成功返回内存首地址
失败返回NULL
备注：申请的内存不会自动初始化
free:**
作用：释放内存
函数原型：void free(void *p);
备注：动态分配的内存一定要通过free()函数来释放，否则会造成内存泄露
内存泄露：
memset:
作用：内存初始化（按顺序）
函数原型：void *memset(void *buffer, char ch,size_t n);
buffer：需要初始化的内存首地址
ch：初始化内容
n：初始化内存字节数
返回值：返回buffer
calloc：
作用：和malloc一样，但可以初始化内存空间为0
函数原型：void *calloc(size_t num, size_t bytes);
返回值：内存空间首地址，否则返回NULL
realloc：
作用：重新内存分配，并且会把原内存里的内容拷贝到新内存
函数原型：void *realloc(void *ptr,size_t bytes);
备注：
1、如果新分配内存大小 按照指定内存大小分配
2、如果分配内存小于原大小，只拷贝指定个数的内存
3、如果新分配内存为0，则释放原内存，并返回NULL