C语言学习笔记

堆区空间申请(一)

栈区变量分析

所有程序/软件的运行，都是由操作系统统一调配的，操作系统是程序的运行环境
运行中的多个程序之间，内存是不交叉的
程序结束后，操作系统还要释放其使用的资源，来给其他程序使用
申请的空间种分为五个区域栈区（堆栈区），堆区，全局区，字符常量区，代码区，我们之前讲的这些定义变量、数组都是在内存的栈区存储。
为什么分这么多区域？在实际生活中，这和公司差不多，部门分的细致，工作分发的就有针对性，效率就会高。
由谁申请？
栈区的特点：内存由系统申请，在变量生命周期结束时由系统释放，也就是说，在程序运行的时候，系统要多个任务，就是检测变量是否该释放了，简单来说，就是cpu要抽时间去执行这部分功能。所以，如果这种变量比较多，不加节制的定义的话，那CPU的额外的工作量就会加大，综合下来，程序的运行效率就会低下。
堆区的特点：由我们程序员随时申请，由我们自己随时释放。
实际应用中，系统会限制我们可使用的栈区空间大小（默认1M）stack overflow即为爆栈。
这个大小可以从编译器的属性中修改，但尽量不修改，不够用了又不得不用再去修改。
如果我们申请的空间，不由操作系统管理，而是我们自己申请与释放，那么就不会占用系统的额外资源了，这样我们就可以申请任意大小的空间了。

malloc函数介绍

功能：在堆区空间中申请指定大小的，连续的，一段空间，并返回该空间的首地址。
理论上，32位系统最大申请4G，64位系统最大16Tb（由安装内存决定）
函数的原型：void *malloc(size_t size);
int *p = (int*)malloc(4);这样的一条语句即为申请一个4字节的int类型的堆区空间，并且定义一个指针变量p指向这个空间的首字节的地址（其中的4当然可以换成sizeof(int))，如果输入的是小数，也会被系统转换为整数，所以还是输入整数
其实这里的4是int型的，更加标准的写法是4u，但是编译器会自动将有符号整形转换为无符号整型。
头文件：malloc也是一个内建函数，所以头文件要求并没有那么高，但是更加标准的是<stdlib.h>和<malloc.h>

size_t详解

size_t在不同操作系统的软件里代表的被重命名的函数不一样，实测在32位的编译器中size_t == unsigned int，在64位的编译器中size_t == long unsigned int经过输出字节数可以证明（结果分别是4，8）

malloc申请空间的讨论

malloc(正常数)时会出现的内存碎片：
在malloc申请了一段指定字节数的空间后，即使后来将其释放，也不一定会被系统再次利用到。例如先申请了20B，后来要申请30B，则会形成内存碎片
malloc(0)：
会申请一个可用空间，但是其不可用
malloc(极限空间)：
申请的空间超出了内存，会得到返回值NULL，即为0；
int *p = (int*)malloc(2*1024*1024*1024);(8G，32位程序中)会提示数据类型溢出；
int *p = 2*1024*1024*1024 - 1甚至会提示两个错误，因为再乘法运算之后，数据类型就已溢出，再-1当然还在继续溢出；
但是如果修改数据类型int *p = (int*)malloc(2u*1024u*1024u*1024u)就不会再有警告了，因为无符号的整形的范围是0~2^32-1。所以经常会在申请堆区空间之后进行一个if的判断，是否NULL == p，然后提示操作人员能否继续操作。

malloc空间赋值###

强制类型转换：
(类型*)，malloc就是返回的void*，所以我们要转换成我们想要的类型，操作
申请的空间不能初始化，不能像基本数据类型一样直接赋值，例如int a = 1，如果直接输出，会得到一个随机数，要是想给*p赋值，我们就要用*p = 0类似的语句来进行赋值
那如果我们申请的堆区空间是这样的int *p = (int*)malloc(40)，其实我们就是申请了一个数组，赋值方式、数值运算与数组完全一致。
当然我们使用循环，对于数组的赋值并不是很方便，所以这里介绍一个新的函数memset：
memset的意义是将一段字节内的所有数值赋值为0。memset用法：int *p = (int*)malloc(40);memset(p, 0, 40);
要点：切记memset是对内存赋值，memset(p,1,40);的结果是每一个4字节的数据，例如p[0],p[5]的数据全都是0000 0001 0000 0001 0000 0001 0000 0001即为16843009‬(10)，所以这个函数经常用在将整个空间全部赋值为0。memset的头文件是<string.h>或者<memory.h>(一个int类型是4个字节，一个字节是8位二进制数)
对于空间内数据的操作还是使用*p，这个是没有什么特殊的。

malloc注意点###

不要申请的空间不够用，比如要申请4字节给int类型用，千万别申请三个，这样直接导致了越界，并且导致无法释放
注意边界，这个有点像数组，例如int *p = (int*)malloc(4);*(p+1) = 12这样显然是越界操作，在编译时不会报错，但是运行时会崩溃
一个指针指向了一块堆区空间，千万不要再指向另一块，因为相当于重新赋值，会导致内存丢失、造成内存泄露，且形成内存碎片，如果是在循环中会无限占用内存，导致死机