C语言栈和堆详解

关于C语言malloc的一个问题，自动和手动分配内存的区别是什么？
//定义一个结构

typedef struct linkedlist* nextnode; 
typedef struct linkedlist{
	char c;
	nextnode next;
}link;

//第一种 
link* newLink(){
	link* l;
	l=(link*)malloc(sizeof(link));
	l->next=NULL;
	return l;
}

//第二种，和上面的效果一样！ 
link* newLink(){
	link a={};
	link* b=&a;
	return b;
}

C语言新手，想问一下，第一种和第二种的区别是什么？我感觉两个效果是一样的，都能返回我所需要的结构指针。

— 以上是问题 —

— 以下是回答 —

作者：Tabjy
链接：https://www.zhihu.com/question/36499626/answer/142454973
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

先上结论：Local variables （局部变量），也就是你的第二种写法，会在离开 scope （作用域），也就是函数结束时被销毁掉。（严格上来说还在内存那个位置，并没有被销毁，下面会有解释）而用 malloc()申请的内存只有在整个程序退出之后，或者你手动调用 free() 的时候被释放掉。
以下是解释
要理解这个问题，首先要知道内存的结构。一般来说内存分为了一下四个部分：

Stack （栈内存）：主要是用来存储 function calls （函数调用） 和 local variables 的空间，其本质就是一个 Stack（栈）。最底层的便是 main() 函数，每调用一个函数时就会执行 push 操作，每当函数 return 时便执行 pop 操作。什么时候 main() 也被 pop 了，整个程序也就结束了。（如果这个 stack 变得太高以至于超出了最大内存地址，就会出现所谓的 stackoverflow）
HEAP（堆内存）：主要是用来存储由 malloc() 等申请的内存位置。如果 malloc() 返回 null 的话就往往表示这一块空间已经用完了。
Static (静态内存)：不太确定这个翻译。这里的变量的生命周期与整个程序相同，即在进程创建是被申明，在程序退出时被销毁。 global variables（全局作用域变量）， file scope variables（文件作用域变量）和被 static 关键字修饰的变量会存在这里。
Code：关于这方面的划分，有不同的理解。可以简单的理解为程序的二进制指令和一些其他必要的东西。

这个问题只涉及到 stack 和 HEAP 内存。刚刚说了，所有的 local variable 按照 stack 的形式被存储在 stack memory 中。这个 stack 由一个 stack pointer 来管理，它所指向的内存地址按照 function call 的运行情况来增加或减少。比如函数A 调用了函数B，函数B 就会被 push 到函数A 之上，原本的 stack pointer 也会从函数A 移动到函数B。pop 函数B 时 stack pointer 的操作也是同理，那么理论上包含在函数B 中的变量已经被释放，为什么大多数情况还是能在函数A 中得到这个值呢？因为C语言在设计之初就是以性能为优先，所以 pop 时只会移动 stack pointer 而不会花费额外的资源去覆盖掉之前的内存。如果在使用那个 pointer 之前并没有再调用其他的函数，那么这么 pointer 所对应的地址就不会被覆盖掉。

请考虑以下情况：

int* getAnswer() {
  int a = 42;
  return &a;
}

void overwriteMemoryWithGarbageData() {
  int a[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
}

int main() {
  int *answerToLife = getAnswer();
  overwriteMemoryWithGarbageData();
  printf("%d\n", *answerToLife);
  return 0;
}

这段代码便不会得到生命、宇宙以及任何事情的终极答案，而是像 9 这样的垃圾数据。此时，正确的处理方法便是：

int* getAnswer() {
  int *ret = malloc(sizeof(int));
  *ret = 42;
  return ret;
}

记住，系统永远不会主动释放 HEAP 中的内存，因为C语言中并没有垃圾回收之类的机制，滥用 malloc() 会导致 HEAP 很快被填满造成内存泄露。所以在用完之后尽量记得 free(void *__ptr)：

int main() {
  int *meaningOfLife = getAnswer();
  overwriteMemoryWithGarbageData();
  printf("%d\n", *meaningOfLife);
  free(meaningOfLife);
  return 0;
}

**在实际使用中，只要是需要被自身以外的函数调用的变量，请全部从 HEAP 中申请。**而申请者也需要记住在使用完毕后及时 free() 。
解释完毕
这里只是 CS 大一学生，并不保证以上内容的正确性或准确性，总之考试是这么答的就是了（当然没有写这么多）。因为学习环境是英文，而且无法保证翻译的准确定，以上术语均使用英文（某些在第一次出现时给出了我所认为正确的翻译）。如于事实有所出入，还请多多包涵。

作者：Tabjy
链接：https://www.zhihu.com/question/36499626/answer/142454973
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

C语言 栈和堆详解

猜你喜欢