Linux平台C与C++中的内存分配
linuxunix 2008-10-28
C中的内存分配
很早之前写的了，现在发到C版来。
关于C语言内存方面的话题要真说起来的话那恐怕就没头了，所以本文仅仅是一个浅谈。
关于内存问题不同平台之间有一定的区别。本文所指的平台是x86的Linux平台
用C语言做程序（其实其他语言也一样），不仅要熟悉语法，其实很多相关的背景知识也很重要。在学习和研究C语言中内存分配的问题前，首先要了解一下Linux分配给进程（运行中的程序）的地址空间是什么样的。
总的来说有3个段，即代码段，数据段和堆栈段（学过汇编的朋友一定很熟悉了）。代码段就是存储程序文本的，所以有时候也叫做文本段，指令指针中的指令就是从这里取得。这个段一般是可以被共享的，比如你在Linux开了2个Vi来编辑文本，那么一般来说这两个Vi是共享一个代码段的，但是数据段不同（这点有点类似C++中类的不同对象共享相同成员函数）。数据段是存储数据用的，还可以分成初始化为非零的数据区，BSS，和堆(Heap)三个区域。初始化非零数据区域一般存放静态非零数据和全局的非零数据。BSS是Block Started by Symbol的缩写，原本是汇编语言中的术语。该区域主要存放未初始化的全局数据和静态数据。还有就是堆了，这个区域是给动态分配内存是使用的，也就是用 malloc等函数分配的内存就是在这个区域里的。它的地址是向上增长的。最后一个堆栈段（注意，堆栈是Stack,堆是Heap，不是同一个东西），堆栈可太重要了，这里存放着局部变量和函数参数等数据。例如递归算法就是靠栈实现的。栈的地址是向下增长的。具体如下：
========高地址=====================================
程序栈（存放着局部变量和函数参数等） 堆栈段
(向下增长)
“空洞” ===========
(向上增长)
堆 （用于动态分配内存）
------ 数据段
BSS（存放未初始化的全局数据和静态数据）
------
非零数据（存放静态非零数据和全局的非零数据）
=========低地址=====================================
========= =====================================
代码（存储程序文本） 代码段
========= =====================================
需要注意的是，代码段和数据段之间有明确的分隔，但是数据段和堆栈段之间没有，而且栈是向下增长，堆是向上增长的，因此理论上来说堆和栈会“增长到一起”，但是操作系统会防止这样的错误发生，所以不用过分担心。
有了以上理论做铺垫，下面就说动态内存的分配。上面说了，动态内存空间是在堆中分配的。实现动态分配的也就是下面几个函数：
stdlib.h ：
void *malloc(size_t size);
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);
void *realloc(void *ptr, size_t size);
void free(void *ptr);
一个一个说吧。malloc就是分配一个size大小的内存空间，并且用一个void类型的指针指向这个空间，然后返回这个指针。也就是说，malloc返回了一个指向size大小的空间的void类型的指针，如果要使用这个空间，还得把void*类型转换成一个你需要的类型，比如int*之类。 calloc和malloc基本一样，不同的是有两点，一是calloc分配的空间大小是由nmemb*size决定的，也就是说nmemb是条目个数，而size可以看成是条目的大小，计算总空间任务由calloc去做。二是calloc返回的空间都用0填充，而malloc则不确定内存中会有什么东西。realloc是用来改变已经分配的空间的大小。指针ptr是void类型的，它应该指向一个需要重新分配大小的空间，而size参数则是重新分配之后的整个空间大小，而不是增加的大小。同样，返回的是一个指向新空间的指针。free用来释放由上面3个函数分配的空间，其参数就是指向某空间的指针。
C++中内存的分配：
1.栈：是用来存放像一般变量和函数参数等的一块内存。系统会在变量生存期结束时自动释放内存，即把内存从栈中弹出。
2.堆：用来存放动态变量，如指针。要通过设计者自己管理变量，自行进行创建和清理工作。（利用new和delete)
3.自由存储区：就是那些由malloc等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用free来结束自己的生命的。 （很多文章里将自由存储区也归到了堆里）
4.全局/静态存储区：全局变量和静态变量被分配到同一块内存。
5.常量存储区：用来存储常量，即不能被修改的变量。
