内存分布、内存处理函数 --- 2021.4.16

内存分布：

首先我想说下为啥我会在这里讲内存分布这一概念呢，因为在实际应用场景中，我们其实常常会遇到内存如何分配的问题，举个例子，在程序中定义的变量，程序会自动为这些变量分配内存空间，并且如果清楚内存分布后，会对后面学习操作系统有所帮助。

并且在讲解内存分布之前，我想先引入几个概念，分别如下：

1. 作用域
2. 普通局部变量
3. 静态局部变量
4. 全局变量
5. 静态全局变量
6. 静态函数

作用域： 指的是变量起作用的范围，即在程序运行中，该变量的作用时间周期。

普通局部变量： 一般是 在{}范围之内定义的变量，该变量的作用域一般是在定义变量的{}之内有效。生命周期是程序运行至变量定义处开辟空间,所在的函数结束之后释放空间。

静态局部变量： 在{}范围之内定义的变量,前面加上static修饰变量。 该变量的作用域一般是在定义变量的{}之内有效。生命周期是执行main函数之前就已经开辟空间,程序结束之后才释放空间。

全局变量： 在函数之外定义的变量。 该变量的作用域是整个工程,所有文件。生命周期是执行main函数之前就已经开辟空间,程序结束之后才释放空间。

静态全局变量： 在函数之外定义的变量 ,加上static修饰的变量。该变量的作用域是当前文件。生命周期是执行main函数之前就已经开辟空间,程序结束之后才释放空间。

静态函数： 在函数定义时加上static修饰的函数,静态函数只可以被当前文件函数调用。

那在之前我们也讲到了程序里的这些变量都会提前内存分配好，那这些变量的内存分布具体是什么样子的呢？为了让大家更加直观的理解，特意画了一张图供大家观看。

首先假如我们在程序中有这么一段代码，定义了不同类型的代码，代码如下：

int e;
static int f;
int g= 10;
static int h = 10;
int main ()
{
     
	int a;
	int b = 10;
	static int c;
	static int d = 10;
	char *i = "test";
	char *k = NULL;
}

对上图分析如下：

1. 首先我们可以看到，在程序中，内存分布一般都会分成栈区、堆区、静态全局区、文字常量区和代码区。
2. 代码区顾名思义就是用来存放代码的地方。
3. 在上述代码中，我们可以看到，代表文字常量的就是字符串“test”，所以就会存放在文字常量区。
4. 静态全局区又分为两个部分一个部分是未初始化的静态全局，一般称之为bss区。另一部分是初始化的静态全局，一般称之为data区。同时静态全局一般包括普通静态局部变量、全局变量和静态全局变量。在上述代码中，变量g是在函数{}外面定义的，所以为全局变量，变量h也是在函数{}外面定义的，并且前面加了关键字static，所以为静态全局变量。变量d是在函数{}里面定义的，并且前面加了关键字static，所以为普通静态局部变量。同时变量g,h,d都是已近初始化的值，值为10。
5. 同理，变量e，f，c都是未初始化的变量，所以就放在了bss区。
6. 程序的栈区大小一般都是固定的。用来存放普通的局部变量。
7. 堆区针对于内存不够的情况，当栈区存不下时，一般使用malloc函数来申请堆区空间。具体使用方法会在下一讲中提到，敬请关注。

内存处理函数：

1.memset函数：

#include 
void *memset(void *s, int c, size_t n);
功能：将s的内存区域的前n个字节以参数c填入
参数：
       s：需要操作内存s的首地址
       c：填充的字符，c虽然参数为int，但必须是unsigned char , 范围为0~255
       n：指定需要设置的大小
返回值：s的首地址

举个例子：

int main()
{
     
        int  a = 10;
        memset(&a,0,sizeof(a));
        printf("a=%d\n",a);
        system("pause");
        return 0;
}

运行结果如下：

对上述代码分析如下：
首先我们定义了一个整型变量a，并且赋值为10。此时我们想要通过memset函数来修改a的值为0。从上述的memset函数的定义说明来看，需要操作的内存地址为&a，填充的字符为0，并且需要设置的大小为a的字节大小。并且字节大小为sizeof(a)。

2.memcpy函数：

#include 
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
功能：拷贝src所指的内存内容的前n个字节到dest所值的内存地址上。
参数：
       dest：目的内存首地址
       src：源内存首地址，注意：dest和src所指的内存空间不可重叠，可能会导致程序报错
       n：需要拷贝的字节数
返回值：dest的首地址

举个例子：将数组a中前5个元素拷贝至数组b中

int main()
{
        int  a[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
        int  b[10] = { 0 };
        memcpy(b,a,sizeof(int)*5);
        for (int i = 0; i < sizeof(b) / sizeof(b[0]); i++)
        {
               printf("%d ",b[i]);     
        }
        system("pause");
        return 0;
}

运行结果如下：

对上述代码分析如下：
在这里想要特别说明memcpy(b,a,sizeof(int)*5);这个部分，如果我们把这个函数部分需要拷贝的字节数修改成5会怎样，结果如下：
结果如上所述，结果并不是我们想要的结果。因为我们定义的数组a的数组类型为int类型。int类型的字节大小是4个字节，所以最多也就能打印数组a中的1和2。所以如果我们想要使用memcpy函数将将数组a中前5个元素拷贝至数组b中，所以自然而然需要拷贝的总字节数为4* 5 = 20。那正如上述分析，我们再次试试，如果我们把这个函数部分需要拷贝的字节数修改成20会怎样，结果如下：
3.memcmp函数：

#include 
int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n);
功能：比较s1和s2所指向内存区域的前n个字节
参数：
       s1：内存首地址1
       s2：内存首地址2
       n：需比较的前n个字节
返回值：
       相等：=0
       大于：>0
       小于：<0

举个例子：

int main()
{
     
        char num1[] = {
      1,0,3,4,5,6,7 };
        char num2[] = {
      1,0,3,6,5,6,7 };
        printf("%d\n", memcmp(num1,num2,7*sizeof(char)));
        system("pause");
        return 0;
}

运行结果如下：

结束语

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