动态内存管理
1.
栈区：在函数被调用时分配，用于存放函数的参数值，局部变量等值。在windows中默认值是1M，在Linux中栈的默认大小是10M
2.
堆区：程序运行时可以在堆区动态地申请一定大小的内存，并在用完之后归还堆区。在Linux系统中堆区的大小接近3G
一般情况下我们需要大块内存，或程序在运行过程中才知道所需要内存大小，我们就从堆区申请
3.
C中的4个动态内存管理函数：malloc，calloc，realloc，free，都需要引用 stdlib.h，malloc.h
4.
malloc向堆区申请一块指定大小的连续内存空间
void* malloc（size_t size）
分配的字节未初始化
若分配成功，则malloc函数返回一个指向该连续空间的无类型指针，该指针内，存放的是连续空间的首地址，也就是其第一个字节的序号
#include#include int main() { int n = 10; int *ip = (int *)malloc(sizeof(int)*n); system("pause"); return 0; }
若分配失败，则返回为NULL
若size_t为0，则malloc的行为是实现定义的。可返回空指针，也可返回非空指针；但不应当解引用这种指针，而且应将它传递给free，以避免内存泄漏
#include#include int main() { int *p = (int*)malloc(0); system("pause"); return 0; }
malloc申请0个字节，p将会指向下越界标记
对其进行解引用存储数据将会改变下越界标记，编译器不会报错，但这种是不被允许的
5.
calloc分配并使用0初始化连续的内存空间
void * calloc（size_t num , size_t size）;
为num个元素的数组分配内存，并将所有分配的字节数初始化为0
若分配成功，会返回存储分配空间首地址的无类型指针
若分配失败，则返回NULL
若size为0，则行为是实现定义的，可返回空指针，也可返回不可访问存储空间的指针
通过上述描述那么我们可以自己实现一下这个calloc函数
#include#include void* my_calloc(size_t num, size_t size) { void *ptr = (void*)malloc(num*size); if (ptr != NULL) { memset(ptr, 0, num*size); } return ptr; } int main() { int *ip = (int *)my_calloc(10, sizeof(int)); system("pause"); return 0; }
6. realloc
void* realloc(void *ptr, size_t new_size);
重新分配给定的内存区域。它必须是之前malloc，calloc，realloc所分配过的，并且未被free，未被realloc调用所释放的，否则，结果未定义。
重新分配有三种可能：
第一种：
扩张或收缩ptr所指向的已存在内存，后续未分配空间足够大
第二种：
后续未分配内存空间不够大，但堆空间充足
第三种：
堆空间不足，则不释放旧内存块，并返回空指针
注：
若重新追加到0，其行为是实现定义的，可返回NULL，此情况下可能或可能不释放旧内存，或返回不会用于访问存储的非空指针
7.
free用来释放从malloc，calloc，realloc成功获取到动态内存分配的空间
void free (void * ptr)
若ptr为空指针，则函数不进行操作
若ptr的值不是通过从malloc，calloc，realloc返回的值，则行为未定义
若ptr所指向所指向的内存空间已被释放，则行为未定义
若在free()的返回后继续通过ptr访问内存，则行为未定义 (除非另一个分配函数恰好等于ptr的值)
注：
此函数接受空指针（并不对其处理），以减少特列的数量。不管分配是否成功都可将返回的指针传递给free()
free后，只是做了个标记，告诉系统这块内存不用了，如果被free后，指向此空间的指针没被置空，则仍可操作这块空间
free的过程是将原有的空间的数据用ef，ee，或者其他的乱码进行覆盖，以起到保护数据不被泄漏的作用，并将此空间标记为可申请状态
在进行free时，系统会先判断指针所指向堆区空间的状态，第一次free后，已标记为可申请状态，再次free时，系统判断其不是使用状态，而进行报错
#include#include int main() { int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); *p = 12; free(p); *p = 23; system("pause"); return 0; }
8.
malloc对内存的管理分为大内存和小内存
<128的分配方式
一小块，一小块的分配，要释放就将一小块整个释放，不能将申请的空间只释放一部分
9.
当程序结束时，如果malloc申请的空间未被释放，则会随着程序结束一起被释放
10.释放的过程
指向空间首地址的指针的会向上偏移读取头部信息，然后将其申请的空间释放掉，同时为其填充ef，ee，或者dd的乱码
11.对8，9深入代码
#include#include int main() { int *p = (int *)malloc(sizeof(int)* 10); // 40个字节 int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)* 5); // 20个字节 system("pause"); return 0; }
未分配ptr时，p所指向空间的内部布局
分配ptr后，p所指向空间的内部布局
ptr所指向的空间内部布局
对比分析：
12. 堆区和栈区的区别
（1）管理方式：栈由系统自动管理；堆由程序员控制，使用方便，但易产生内存泄漏
（2）生长方向：栈向低地址扩展，是连续的内存区域；堆向高地址扩展，是不连续的内存区域。
这是由于堆区管理系统用链表来存储空闲内存地址，自然不连续，而链表从低地址向高地址遍历
（3）空间大小：栈顶地址和栈的最大容量由系统预先规定（默认1M或10M）；堆的大小则受限于计算机系统中有效虚拟内存，32为Linux系统中内存可达2.9G
（4）存储内容：栈在函数调用时，首先压入是函数实参，然后主函数中下条指令的地址压入，最后是被调函数的局部变量。本次调用结束，局部变量先出栈，指令地址出栈，最后栈平衡，程序由该点继续运行下条可执行语句。堆通常在头部用一个字节存放其大小，堆用于生存期与函数调用无关的数据，具体内容由程序员安排
（5）分配方式：栈可静态分配或动态分配。静态分配由编译器完成，如局部变量的分配。动态内存的分配由alloca函数在栈上申请空间，用完后自动释放不需要调用free函数。堆只能动态分配且手动释放
（6）分配效率：栈由计算机底层提供支持：分配专门的寄存器存放栈地址，压栈出栈由专门的指令执行，因此效率较高。堆由函数库提供，机制复杂，效率比栈低得多
（7）分配后系统响应：只要栈剩余空间大于申请空间，系统将为程序提供内存，否则报告异常提示栈溢出。操作系统为对维护一个记录空闲地址的链表。当系统收到程序的内存分配申请时，会遍历该链表寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从链表的空闲链表中删除，并将该结点空间分配给程序。若无足够大小的空间（可能由于内存碎片太多），有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，以便于有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。大多数系统会在该内存空间首地址处记录本次分配空间的大小，供后续释放函数准确释放本内存空间。由于找到的堆结点大小不一定正好等于申请大小，系统自动将多余的部分重新放入空闲链表中
（8）碎片问题：栈不会存在碎片问题，因为栈是先进后出的队列，内存块弹出栈之前，在其上面后进栈的内容已弹出。而频繁的申请与释放操作会造成堆内存空间的不连续，从而造成大量碎片，使程序效率低下。
总结：
堆容易造成内存碎片；由于专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和内核态切换，内存申请变得格外昂贵。所以栈在程序中应用最广泛，函数调用也利用栈来完成，调用过程中的参数，返回地址，栈基指针和局部变量等都采用栈的方式存放。建议尽量使用栈，仅在分配大量或大块内存空间时，使用堆。最后使用栈和堆时应避免越界发生，否则可能程序崩溃或破环程序堆，栈结构，产生意想不到的结果
