深入学习C语言：C 语言中的内存管理机制

山峰云绕 2023-05-27 发布于贵州

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C语言是一种较为底层的编程语言，需要程序员对内存管理机制有深入的了解，才能更好地掌控程序的性能和稳定性。本文将详细介绍C语言中的内存管理机制，包括栈与堆、动态内存分配、常用数据类型的存储大小和范围，以及内存泄漏等问题。

栈与堆

在程序执行过程中，需要分配内存用于存储各种不同变量，C语言中分为栈和堆两种存储方式。栈存储的变量是局部变量，作用域为函数内部，而堆分配的内存没有作用域限制，需要程序员手动释放。下面分别介绍栈和堆。

栈

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，在程序运行时，系统自动管理栈及其分配的内存空间。由于栈是一个区域，需要程序员预测每个变量的内存使用情况，如果分配了太多内存，就会导致栈溢出（stackoverflow）。

栈主要用于存储以下类型的变量：

函数的参数
函数中的局部变量
函数调用时的返回地址

如下面的代码，函数printInt的三个参数和函数内部的count变量都存储在栈中：

void printInt(int a, int b, int c) { int count = 0; printf('%d %d %d %d', a, b, c, count);}

堆

堆是一种动态区，程序运行时也需要动态分配和释放空间。堆分配的内存不会在函数调用结束时自动释放，需要程序员手动释放。因此，堆内存管理需要谨慎，避免内存泄漏或过量分配内存等问题。

在C语言中，动态内存分配由以下三个函数完成：

void *malloc(size_t size)：在堆中分配指定大小的连续空间，返回指向分配区域的起始地址。
void *calloc(size_t num, size_t size)：分配num个大小为size的连续空间。并将分配的内存区域初始化为0。
void *realloc(void *ptr, size_t size)：重新分配空间，扩大或缩小ptr指针所指向的内存空间，新的空间大小为size字节。

下面是使用malloc函数动态分配内存的例子：

int main () {    char *str;    /* 分配 25 个字节的内存空间 */    str = (char *) malloc(25);    strcpy(str, 'C语言中的动态内存分配');    printf('字符串是 : %s\n', str);    /* 释放刚刚分配的内存空间 */    free(str);    return 0;}

在程序中，通过malloc分配了25个字节的内存空间，然后通过strcpy函数将字符串赋值给分配的内存地址。最后，释放已分配的内存可以使用free函数。

动态内存分配

动态内存分配是在程序运行过程中提供新的变量的行为。在使用动态内存分配时，程序员需要自己负责内存的管理。在使用malloc函数时，需要始终记住手动释放内存，避免内存泄漏。下面是动态内存分配的例子：

int main () {    int i, n;    int *a;    printf('请输入整数的个数：');    scanf('%d', &n);    /* 分配内存空间 */    a = (int*) malloc (n * sizeof(int));    printf('请输入%d个整数：\n', n);    for (i = 0; i < n; i++) {        scanf('%d', &a[i]);    }    printf('输入的%d个整数是：\n', n);    for (i = 0; i < n; i++) {        printf('%d    ', a[i]);    }    /* 释放已分配的内存 */    free(a);    return 0;}

在使用malloc分配内存时，需要指定的是分配内存的大小，而不是数量。这里使用n * sizeof(int)计算所需的内存大小。在输入数组a的元素后，程序应通过free函数来释放已分配的内存。

常用数据类型的存储大小和范围

在 C 语言中，常用的数据类型存储大小和范围如下：

数据类型	存储大小	范围
char	1 字节	-128 to 127
short	2 字节	-32,768 to 32,767
int	4 字节	-2,147,483,648 to 2,147,483,647
float	4 字节	约 ±3.4E-38（6 个十进制位）的值范围
double	8 字节	约 ±1.7E ±308（15 个十进制位）的值范围