一起学习C语言：初谈指针(二)

上一篇<一起学习C语言：初谈指针(一)> 中，我们了解了指针变量的声明和初始化方式，以及指针变量的引用赋值方式。本篇文章中，我们初步分析不同的内存空间，并通过示例来了解动态内存的分配、使用和释放方式。

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4. 首谈进程中的内存区域
 5. 指针变量存储字符串常量
 6. 如何动态分配内存空间
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章节内容：

4. 首谈进程中的内存区域

当程序执行时，程序将会以进程的形式存在虚拟内存中，系统会为我们的进程分配不同的内存空间。我们的进程就像一个大箱子，程序定义的对象放置在这个箱子中的某个区域中的某个位置。接下来，我们初次了解进程中的不同内存空间：

代码段：英文名称code segment / text segment,通常用来存放程序执行代码的内存区域。这部分区域的大小在程序加载时就已经确定，并且在大部分情况下内存区域通常属于只读状态(某些架构允许代码段为可写状态)。在代码段中，宏、函数存储在这个区域，也有可能存储一些常数量。另外，常数量的值不允许修改。

数据段：英文名称 data segment，通常存放程序中已初始化的全局变量的内存区域。数据段属于静态内存分配，其中包括全局变量、静态变量和常数量。关于全局变量和静态变量的内容，将在“函数”章节中讲述。

bss段：英文名称bss segment，通常用来存放程序中未初始化的全局变量的内存区域。bss属于静态内存分配，在程序执行之前bss段自动清零。

栈区：英文名称stack，通常用来存放程序中临时创建的局部变量的内存区域。栈属于动态内存储存区，栈的内存由函数执行期间申请，在函数执行结束后自动归还。

堆区：英文名称heap，通常用来存放程序中临时被动态分配的数据内存区域。堆属于动态内存分配区，堆的内存在需要时随时开辟，不需要时随时释放。堆中的内存与以上几种内存不同，堆中的内存由内核分配、回收，属于进程共享内存，但自己的进程不能访问别的进程堆区，由内核做了限制。而以上几种内存属于进程独有的，由进程分配、回收。需要注意的是，堆内存虽由内核分配、回收，但也在进程中记录和管理，当进程退出时，未释放的堆内存通常会被回收，但也存在未被回收的情况。

5. 指针变量存储字符串常量

在“数组”章节中，我们了解了字符串由多个连续的有效字符组成，并以‘\0’为结尾。在实际编程中，如果字符串内容不需要修改，可以通过指针变量存储字符串常量。

【例7.4】 判断一个字符串常量的长度，并输出字符串常量中的每个字符。

      char *p = “123456”;
      int len = sizeof(“123456”);
      int i = 0;

      for (; i < len; i++) {
          printf(“字符%d，值为%c.\n”, i, *(p + i));
      }

示例结果：

          字符0，值为1.
          字符1，值为2.
          字符2，值为3.
          字符3，值为4.
          字符4，值为5.
          字符5，值为6.
          字符6，值为 .

示例分析：

          1. 定义char类型指针变量p，并初始化赋值字符串常量的地址；
          2. 定义int类型变量len，并初始化赋值为字符串常量的长度。这里只能使用sizeof (6) 获取字符串常量的长度，而不是指针变量的长度。
          3. 输出的最后一个字符为空字符(‘\0’)。

(6)：sizeof只能用来获取“直接访问”内存的字节长度，不能用来获取指针变量指向的内存字节长度。这里只是作为示例使用，主要为了看出字符串常量的最后一个字节为空字符(‘\0’)。实际编程中，应使用strlen函数获取字符串长度，strlen遇到空字符结束，可以理解为strlen得到的是字符串减去空字符的长度，即有效字符的长度。示例中，int len = sizeof(“123456”)可以修改为int len = strlen( p)，len的值为6。

6. 如何动态分配内存空间

之前我们使用的是由进程分配、回收的内存，在部分情况下，已不能满足使用。比如定义一个1MB (7) 的数组char a[1024 * 1024]，程序执行时会提示“Stack overflow”等相关的“栈溢出”信息。

(7)：在计算机中，一般由内存单位表示内存空间大小。比如bit表示1位、Byte表示1字节、1KB表示1024字节、1MB表示1024 * 1024字节、1GB表示1024 * 1024 * 1024字节，1TB表示1024 * 1024 * 1024 * 1024字节。
在硬件工程方面还有小b和大B的说法，小b由内存单位和英文小写b组成，表示位级单位。比如1Kb表示1024位、1Mb表示1024 * 1024位等。大B由内存单位和英文大写B组成，表示字节级单位。我们前面已经了解到1Byte等于8bit，也可以轻松理解1Kb等于128B(Byte),1MB等于8Mb这种转换方式。
计算机内存一般按照1024划分单位区域，而硬件容量一般按照1000划分单位区域。比如1T硬盘挂载后，只有931GB左右内存空间。

接下来，我们通过系统提供的库函数，了解动态内存的分配和释放方式。

1. malloc函数

        函数原型：void * malloc(unsigned int size); (8)
        函数描述：用来分配一块长度为size的连续内存空间
        函数参数：size的类型为无符号整型
        函数返回值：内存分配成功将返回所分配区域的第一个字节的地址，分配失败则返回NULL

【例7.5】 定义int类型指针变量，并为指针变量动态分配4个int类型长度。

int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 4);

      if (NULL != p)
          printf(“p地址为%p.”, p);
      else
          printf(“内存分配失败.”);

示例结果：

p地址为01B08A58.

示例分析：

如果malloc函数返回的是一个非NULL的地址，表示内存分配成功。示例中，成功分配到16个字节。

(8)：void属于无类型，不能单独作为变量类型使用。编译器支持C99或以上允许使用void *，即空类型指针量 (9) 或不确定的类型指针量。在实际编程中，void *必须转换到确定类型后，才能进行对内存空间赋值。确定类型包括基本数据类型、结构体等，结构体将在后面章节讲述。

(9)：计算机中的内存不按类型区分，只是在使用时根据类型划分区域。比如16个字节内存按int类型赋值，相当于划分为4个int类型内存空间，但从内存的角度来考虑，这是一整块内存空间。

2. free函数

        函数原型：void free(void * memory);
        函数描述：用来释放指针memory指向的内存空间，使这块内存空间可以再次被分配使用
        函数参数：memory的类型为空类型指针量
        函数返回值：无

【例7.6】 定义int类型常量指针，为常量指针动态分配4个int类型长度并分别赋值1、2、3、4，然后释放内存。

int * const p = (int *)malloc(sizeof(int) * 4); (10)
int i = 0;

      for (; NULL != p && i < 4; i++) {
          *(p + i) = i + 1; (11)
          printf(“p的地址：%p, int%d的地址 %p 值：%d.\n”, p, i + 1, p + i, *(p + i));
      }

if (NULL != p)
free( p);

示例结果：

          p的地址：01228A58, int1的地址 01228A58 值：1.
          p的地址：01228A58, int2的地址 01228A5C 值：2.
          p的地址：01228A58, int3的地址 01228A60 值：3.
          p的地址：01228A58, int4的地址 01228A64 值：4.

示例分析：

1. 使用动态内存时，需要确定内存地址有效并且在指向的内存空间范围内，再使用这块内存。如果不这么做，可能会通过无效内存地址访问到未分配或超出范围的内存空间，导致不可预估的错误并造成程序崩溃。
2. 释放动态内存时，也需要确定内存地址有效(属于我们动态创建的内存)，这即属于良好的编程习惯，也可以保证程序不会崩溃。

(10)：关于常量指针这部分内容，目前只做了解。这部分内容篇理论性(稍难理解)，将在“再谈指针”章节中讲述。

(11)：示例中的p + i可以看做是p + 0、p + 1、p + 2、p + 3，即每次向后偏移一个变量类型地址。示例中，p属于int类型常量指针，p + 1等于向后偏移1个int空间地址，即p的地址向后偏移4个字节。如果p属于char类型指针变量或常量指针，p + 1等于向后偏移1个char空间地址，即p的地址向后偏移1个字节。

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