【C语言练习】C语言如何操作内存（重中之重！！！）

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前言：

C语言语句的本质是什么？

以下面的代码为例结合内存来解析语句的本质，其实跟内存地址密切相关。

int a;	// 编译器申请了1个int类型的内存格子
//格子的长度是4字节，地址是确定的，但只有编译器知道并把符号a和这个格子绑定在一起。
a = 5;	// 编译器会把5放入符号a绑定的内存格子中。
a += 4;	// 编译器先把a原来的值读出来，然后给这个值加4，再把加之后的和赋值给a。

数据类型的本质是什么？

不管是普通变量类型，还是指针类型等，只要记住：
类型只是对后面数字或者符号（代表的是内存地址）所表征的内存的一种长度规定和解析方法的规定而已。

一、内存操作方式

1.1指针间接访问内存

C语言中的指针，全名叫指针变量，指针变量其实很普通变量没有任何区别。
譬如：
int a和int *p其实没有任何区别，a和p都代表一个内存地址，假设是0x30000000，但是他们对这个内存地址的长度和解析方法不同的：
a是int型，所以a的长度是4字节，解析方法是按照int的规定来；
p是int *类型，所以长度是4字节，解析方法是int *的规定来（0x30000000开头的连续4字节中存储了1个地址，这个地址所代表的内存单元中存放的是一个int类型的数）。

：因此，普通变量、数组、指针变量其实都没有本质差别，都是对内存地址的解析，只是解析方法不一样。

1.2数组管理内存

数组管理内存同样和变量无本质差别，仅仅是对符号解析方法的不同。
例如：
int a;//编译器分配4字节长度给a，并且把首地址和符号a绑定起来。
int b[10]; //编译器分配40个字节长度给b，并且把首元素首地址和符号b绑定。
数组中第一个元素（a[0]）为首元素；每一个元素类型都是int，所以长度都是4，其中第一个字节的地址就称为首地址；首元素a[0]的首地址就称为首元素首地址。

1.3内存管理之栈

什么是栈？

栈（stack）是一种数据结构，用于管理内存。C语言中使用栈来保存局部变量。

栈管理内存的特点：
1、小内存、自动化
2、先进后出（first in last out，FILO）

栈的特点是入口即出口，只有一个口，另一个口是堵死的。所以先进去的必须后出来，类似弹匣的原理。
反之，队列的特点是入口和出口都有，必须从入口进去，从出口出来，所以先进去的必须先出来，否则就堵住后面的。先进先出（ first in first out ，FIFO）队列

3、预定栈的大小不灵活，怕溢出

首先，栈是有大小，所以栈内存大小不好设置。如果太小怕溢出，太大怕浪费内存，与数组类似
其次，栈的溢出危害很大，一定要避免。因此不能定义太多或者太大的局部变量时，比如：不能定义 int b[20000]。

1.4内存管理之堆

什么是堆？

“堆”（Heap）是一种数据结构，用于动态分配内存空间。堆内存分配由程序员手动控制，它与静态分配的栈内存不同。

堆管理内存的特点：
1、用于管理大块内存

容量不限（常规使用的需求容量都能满足）

2、手工分配&使用&释放

申请及释放都需要手工进行，即需要程序员写代码明确进行申请malloc及释放free。

3、容易内存泄漏

如果申请了内存，但使用后未释放，会导致内存丢失，也称为内存泄漏。
在C/C++语言中，内存泄漏是最严重的程序bug，这也是大家认为Java/C#等语言比C/C++优秀的地方。

4、将堆内存管理比喻成一个仓库

仓库管理：堆内存需要进行管理，就像仓库需要管理存储的物品一样。程序员通过调用分配函数（比如malloc()或new）来向堆申请一定大小的新内存块，这可以类比为在仓库中存放新的物品。同样地，释放函数（比如free()或delete）会将不再需要的内存块归还给堆，类似于从仓库中取出不再需要的物品。

什么时候使用堆内存？

需要内存容量比较大时，要求反复使用及释放时，很多数据结构（譬如链表）的实现都要使用堆内存。

C语言操作堆内存的接口（malloc和free）

堆内存释放时最简单，直接调用free释放即可。void free(void *ptr);
堆内存申请时，有3个可选择的类似功能的函数：malloc, calloc, realloc

void *malloc(size_t size); 
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);	
// nmemb个单元，每个单元size字节
> void *realloc(void *ptr, size_t size);
> //改变原来申请的空间的大小的

譬如要申请10个int元素的内存：

malloc(40);		malloc(10*sizeof(int));
calloc(10, 4);		calloc(10, sizeof(int));

数组定义时必须同时给出数组元素个数（数组大小），而且一旦定义再无法更改。在Java等高级语言中，有一些语法技巧可以更改数组大小，但其实这只是一种障眼法。它的工作原理是：先重新创建一个新的数组大小为要更改后的数组，然后将原数组的所有元素复制进新的数组，然后释放掉原数组，最后返回新的数组给用户；

堆内存申请时必须给定大小，然后一旦申请完成大小不变，如果要变只能通过realloc接口。realloc的实现原理类似于上面说的Java中的可变大小的数组的方式。

总结：

堆的优势和劣势
优势：灵活；
劣势：需要程序员去处理各种细节，所以容易出错，严重依赖于程序员的水平。