C语言-内存管理

1、malloc()函数

        用于动态分配一块指定大小的内存，并返回指向这块内存的指针。如果分配失败，

        返回 NULL。 

int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);  // 分配一个包含 10 个整数的内存
if (ptr == NULL) {
    printf("Memory allocation failed!\n");
}

2、free() 函数

        用于释放之前通过 malloc()、calloc() 或 realloc() 分配的内存。释放内存后，

        指针仍然存在，但指向的内存不再有效。因此，通常会将指针设置为 NULL 以避免悬空指针。

free(ptr);  // 释放之前分配的内存
ptr = NULL;  // 防止使用悬空指针

3、内存溢出、内存越界

        内存存放的数据空间超过申请空间大小，操作超过申请空间大小。 

4、 内存泄漏

        如果分配的内存没有被及时释放，程序将消耗越来越多的内存，导致系统性能下降，

        甚至崩溃。这种现象被称为“内存泄漏”。

        为防止内存泄漏

                确保每次调用 malloc()后都要有相应的 free() 调用。

5、堆和栈的区别

1. 内存分配方式

• 栈（Stack）：

  • 内存的分配是自动管理的，遵循先进后出（LIFO）原则。
  • 当函数被调用时，相关的局部变量和参数会在栈上分配内存；当函数返回时，这部分内存会自动释放。

• 堆（Heap）：

  • 内存的分配是手动管理的，通过程序员调用特定的内存分配函数（如 malloc 或 new）。
  • 堆中的内存可以在程序的任何地方分配和释放，程序员需要显式释放使用 free 或 delete。

2. 生命周期

• 栈：

  • 栈内存中的变量的生命周期仅限于它们被创建的函数调用，函数返回后，内存会自动释放。

• 堆：

  • 堆内存中的变量的生命周期是由程序员控制的，可以在需要时分配，直到显式释放为止。

3. 内存大小

• 栈：

  • 栈的大小通常是有限的，具体大小取决于操作系统和编译器的设置，通常为几 MB。

• 堆：

  • 堆的大小通常比栈大，受限于系统的可用内存。程序可以动态请求更大的内存块。

4. 存储内容

• 栈：

  • 存储的是函数的局部变量、参数、返回地址等临时数据。

• 堆：

  • 存储的是动态分配的对象和数据结构，如链表、树等，通常用于需要动态大小的情况。

5. 访问速度

• 栈：

  • 栈的访问速度较快，因为其分配和释放是简单的指针移动。

• 堆：

  • 堆的访问速度相对较慢，因为分配和释放需要更多的时间进行内存管理和找寻适合的内存块。

6. 错误处理

• 栈：

  • 栈溢出（stack overflow）可能导致程序崩溃，通常是在递归调用或分配太多局部变量时发生。

• 堆：

  • 堆溢出（memory leak）通常是由于未释放的内存，导致消耗过多内存，增加了程序崩溃的风险。

总结

栈和堆是内存管理中不可或缺的部分，各自适用于不同的场景。栈适合用于存储临时数据，速度快且管理简单，而堆适合存储大量不确定大小的动态数据，虽然需要更多的管理工作。了解它们的区别对于优化程序性能和避免内存问题至关重要。