在 C 語言中,當一個程式被加載到記憶體中運行,系統會為該程式分配一塊獨立的記憶體空間,并且這塊記憶體空間又可以再被細分為很多區域,比如:堆疊區、堆區、靜態區、全域區......等,這里只介紹常用的記憶體區域:堆疊區、堆區,
(一) 堆疊區與堆區
堆疊區:保存區域變數,存盤在堆疊區的變數,在函式執行結束后,會被系統自動釋放,
堆區:由 malloc、calloc、realloc……等函式分配記憶體,其生命周期由 free 函式控制,在沒有被釋放之前一直存在,直到程式運行結束,
1. 堆疊記憶體
定義在函式內部的區域變數,都保存在堆疊區,堆疊區的特點是:函式執行結束后,由系統“自動回收”區域變數所對應的記憶體空間,所謂的“自動回收”其實是作業系統將這塊堆疊記憶體又分配給其他函式中的區域變數使用,
打個比方:將堆疊區比作餐廳,區域變數比作客人,區域變數對應的堆疊記憶體比作餐具,客人吃飯時使用的餐具,在客人離開后由餐廳負責回收、清洗,然后再給其他客人使用,同理,區域變數與堆疊記憶體的關系也是如此,當定義區域變數時,系統會在堆疊區為其分配一塊記憶體空間,當函式執行結束后系統負責回收這塊記憶體,又分配給其他區域變數使用,
#include<stdio.h>
void showA() //定義函式 showA
{
int a;
printf("&a=%p\n",&a); //輸出變數 a 的地址
}
void showB() //定義函式 showB
{
int b;
printf("&b=%p\n",&b); //輸出變數 b 的地址
}
int main(void)
{
showA(); //呼叫 showA 函式
showB(); //呼叫 showB 函式
getchar();
return 0;
}
運行結果如圖所示:

可以驗證區域變數對應的記憶體在函式執行結束后,會被系統回收分配給其他函式中的區域變數使用,
2. 堆疊記憶體注意事項
由于區域變數在函式執行結束后,會被系統“自動回收”并分配給其他函式中的區域變數使用,因此,在 C 程式中,不能將區域變數地址作為函式回傳值,否則會出現一些意想不到的效果,
下面通過例子來深入了解一下,
#include<stdio.h>
int* showA()
{
int a=1;
return &a; //回傳變數 a 的地址
}
void showB()
{
int b=200;
}
int main(void)
{
int* p_a=showA();
printf("%d ",*p_a); //輸出 p_a 指向的變數的值
showB(); //呼叫 showB 函式
printf("%d ",*p_a); //輸出 p_a 指向的變數的值
getchar();
return 0;
}
// 運行結果
// 1 200
之所以會出現這種情況,是由于 showA 函式執行結束后,區域變數 a 對應的堆疊記憶體被系統回收后分配給 showB 函式中的區域變數 b 使用,因此,變數 a 和變數 b 對應同一塊堆疊記憶體,而指標變數 p_a 始終指向這塊堆疊記憶體,可以認為開始時 p_a 指向變數 a,呼叫 showB函式后,p_a 指向變數 b,所以第 16 行*p_a 的值為 200,
3. 堆記憶體
使用 malloc 系列函式分配的記憶體都屬于堆區,使用完后呼叫 free 函式進行釋放,否則可能會造成記憶體泄漏,
打個比方:堆區相當于自己家,malloc 分配的堆記憶體相當于盤子,在家里吃飯時使用的盤子,吃完后必須手動進行清洗,否則盤子將不能再使用,同理,堆記憶體也是如此,使用完畢后,需要呼叫 free 函式進行手動釋放,否則這塊堆記憶體將無法再次被使用,
malloc 函式
函式原型:
void *malloc(int size);
頭檔案:
#include
引數串列:
size:分配多少個位元組,
功能:
申請指定大小的堆記憶體,
回傳值:
如果分配成功則回傳指向被分配記憶體的指標,否則回傳空指標 NULL,
【說明】
void*表示“不確定指向型別”的指標,使用前必須進行強制型別轉化,將 void*轉化為“確定指向型別”的指標,
一定要注意 malloc 的引數是“位元組”,因為 malloc 不知道你申請的記憶體要放什么型別的資料,所以統一的“匯率”就是“位元組”,
free 函式
函式原型:
void free(void* ptr);
頭檔案:
#include <stdlib.h>
引數串列:
ptr:指向要被釋放的堆記憶體,
功能:
釋放 ptr 指向的記憶體空間,
下面通過例子來了解如何在堆區分配記憶體,
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(void)
{
int *p_int=(int*)malloc(sizeof(int));
*p_int=200;
printf("%p %d",p_int,*p_int);
free(p_int);
getchar();
return 0;
}
如果記憶體申請但是忘了釋放(free),那么就會導致“記憶體泄露”(memory leak)
運行結果如圖所示:

4. 堆記憶體注意事項
在 C 程式中,被 free 之后的堆記憶體,將會被作業系統回收分配給,不建議繼續使用,否則輸出的結果將難以預料,
下面通過例子來了解使用被 free 的堆記憶體,
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(void)
{
int*p_int = (int*)malloc(sizeof(int));
*p_int = 10;
printf("%p %d\n",p_int,*p_int);
free(p_int);
printf("%p %d\n",p_int,*p_int);
getchar();
return 0;
}
運行結果如圖所示:

可以看到 p_int 指向的堆記憶體地址沒有改變,但是該記憶體空間中的資料被修改了,這是因為被 free 的堆記憶體會被系統回收,分配給其他地方使用,修改了這塊堆記憶體中的資料,
不再使用的記憶體一定要及時的 free,否則會造成記憶體泄漏;還有用的記憶體也不能提前free,
5. 堆疊記憶體與堆記憶體分配限制
堆疊記憶體:
(1) 由系統自動分配、釋放,如:函式形參、區域變數,
(2) 堆疊記憶體比較小,在 VS2012 中,堆疊記憶體默認最大為 1M,如果區域變數占用的堆疊記憶體過大,會發生堆疊溢位,
下面通過例子來了解一下堆疊溢位,
#include<stdio.h>
int main(void)
{
int a[9900000];
getchar();
return 0;
}
運行結果如圖所示:

定義 int 型別陣列 a 長度為 100 0000 已經超過了 1M,發生堆疊溢位錯誤,其中“Stackoverflow”中文意思就是堆疊溢位,
堆記憶體:
(1)由程式員自己申請、釋放,如果沒有釋放,可能會發生記憶體泄露,直到程式結束后由系統釋放,
(2)堆記憶體比較大,可以分配超過 1G 的記憶體空間,
下面使用 malloc 分配大記憶體空間,
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(void)
{
int *p_int=(int*)malloc(100000000);
*p_int=100;
printf("%d\n",*p_int);
free(p_int);
getchar();
return 0;
}
運行后發現 malloc(100000000)分配成功,沒有報錯,
6. 函式內部回傳資料的三種方式
方式一
在被調函式中使用 malloc 分配記憶體,在主調函式中 free 釋放記憶體,
例如:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int* getMemory()
{
int*p_int=(int*)malloc(sizeof(int));//被調函式分配記憶體
*p_int=100;
return p_int;
}
int main(void)
{
int* p=getMemory();
printf("%d\n",*p);
free(p); //主調函式釋放記憶體
getchar();
return 0;
}
方式 1 分配記憶體與釋放記憶體是分開的,容易導致程式員忘記在主調函式中釋放記憶體,從而導致記憶體泄漏,因此方式 1 不推薦使用,
方式二
使用 static 修飾的區域變數,例如:
#include<stdio.h>
int* getMemory()
{
static int a=100;
return &a;
}
int main(void)
{
int* p=getMemory();
printf("%d ",*p);
getchar();
return 0;
}
方式 2 不適用于多執行緒等復雜的環境,因此也不推薦使用,
方式三
在主調函式中分配堆記憶體,在被調函式中使用堆記憶體,最后又在主調函式中釋放堆記憶體,
例如:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void fun(int *p_int)
{
*p_int=100;
}
int main(void)
{
int* p=(int*)malloc(sizeof(int)); //主調函式分配堆記憶體
fun(p);
printf("%d",*p);
free(p); //主調函式釋放堆記憶體
getchar();
return 0;
}
這是推薦的做法!
7. 初始化記憶體
使用 malloc 函式分配的堆記憶體,系統不會初始化記憶體,記憶體中殘留的還是舊資料,因此,參考未初始化的堆記憶體,輸出的資料也將是未知的,例如:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(void)
{
int* p_int=(int*)malloc(sizeof(int));
printf("%d",*p_int);
getchar();
return 0;
}
運行結果如圖所示:

輸出 p_int 指向堆記憶體中資料,由于這塊記憶體未初始化,因此輸出結果將是難以預料的,為了避免參考堆記憶體中的未知資料,一般使用 malloc 在堆區分配記憶體后,需要將這塊堆記憶體初始化為 0,例如:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(void)
{
int* p_int=(int*)malloc(sizeof(int));
*p_int=0;
printf("%d",*p_int);
getchar();
return 0;
}
上述這種初始化堆記憶體的方式,只適合于單個基本型別大小的堆記憶體,如果分配多個基本型別大小的堆記憶體時,這種賦值方式就不合適了,
例如:
int* p_int=(int*)malloc(sizeof(int)*10);
上述程式,分配了 10 個 int 型別位元組大小的堆記憶體,如果仍采用賦值運算式進行初始化,就需要 for 回圈初始化 10 次,太麻煩,所以 C 語言中提供了 memset 函式方便對記憶體進行初始化,
8. memset
函式原型:
void* memset(void* dest,int value,int size);
頭檔案:
#include<string.h>
引數串列:
dest:被初始化的目標記憶體區域,
value:初始值,
size:初始化 size 個位元組,
功能:
將 dest 指向的記憶體空間前 size 個位元組初始化為 value,
回傳值:
回傳 dest 指向的記憶體地址,
由于是把 value 按照位元組來進行填充的,而 value 是 int 型別(4 個位元組),一般 value不要填充除了 0 之外的值,除非你很了解記憶體結構和二進制,
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main(void)
{
int* p_int=(int*)malloc(sizeof(int)*10);//注意不要寫成 malloc(10)
int i=0;
memset(p_int,0,sizeof(int)*10); //初始化堆記憶體
for (i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",p_int[i]);
}
free(p_int);
getchar();
return 0;
}
(二) 結構體
在 C 語言中,char、int、float……等屬于系統內置的基本資料型別,往往只能解決簡單的問題,當遇到比較復雜的問題時,只使用基本資料型別是難以滿足實際開發需求的,因此,C 語言允許用戶根據實際專案需求,自定義一些資料型別,并且用它們來定義變數,
1. 結構體概述
在前面介紹了 C 語言中的多種資料型別,例如:整型、字符型、浮點型、陣列、指標……等等,但是在實際開發中,只有這些資料型別是不夠的,難以勝任復雜的程式設計,
例如:在員工資訊管理系統中,員工的資訊就是一類復雜的資料,每條記錄中都包括員工的姓名、性別、年齡、工號、工資等資訊,姓名為字符陣列、性別為字符、年齡為整型、工號為整型、工資為整型,
對于這類資料,顯然不能使用陣列存盤,因為陣列各個元素的型別都是相同的,為了解決這個問題,C 語言中提供了一種組合資料型別“結構體”,
結構體是一種組合資料型別,由用戶自己定義,結構體型別中的元素既可以是基本資料型別,也可以結構體型別,
定義結構體型別的一般格式為:
struct 結構體名
{
成員串列
};
成員串列由多個成員組成,每個成員都必須作型別宣告,成員宣告格式為:
資料型別 成員名;
下面來看一個具體的例子:
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
這段代碼中 struct 是關鍵字,Employee 結構體名,struct Employee 表示一種結構體型別,
該結構體中有 4 個成員,分別為 name、age、id、salary,使用這種結構體型別就可以表示員工的基本資訊,
2. 定義結構體變數
在 C 語言中,定義結構體變數的方式有 3 種:
第 1 種 先定義結構體型別,再定義結構體變數,一般形式為:
struct 結構體名
{
成員串列
};
struct 結構體名 變數名;
例如:
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
struct Employee emp;
這種方式和基本型別的變數定義方式相同,其中 struct Employee 是結構體型別名,emp是結構體變數名,
第 2 種 在定義結構體型別的同時定義變數,一般形式為:
struct 結構體名
{
成員串列
}變數名;
例如:
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
}emp,emp1,emp2;
這種方式將結構體型別定義與變數定義放在一起,可以直接看到結構體的內部結構,比較直觀,
第 3 種 直接定義結構體變數,并且不需指定結構體名,一般形式為:
struct
{
成員串列
}變數名;
例如:
struct
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
}emp;
這種方式由于沒有指定結構體名,顯然不能再使用該結構體型別去定義其他變數,在實際開發中很少用到,
3. 初始化、參考結構體變數
(1)結構體變數初始化
在 C 語言中,結構體變數初始化,本質上是對結構體變數中的成員進行初始化,使用花括號{ }在初始化串列中對結構體變數中各個成員進行初始化,例如:
struct Employee emp={“hello”,20,1,10000}
或
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
}emp={“hello”,20,1,10000};
編譯器會將“hello”、20、1、10000按照順序依次賦值給結構體變數emp中的成員name、age、id、salary,
(2)參考結構體變數
參考結構體變數的本質,是參考結構體變數中的不同型別的成員,參考的一般形式為:結構體變數名.成員名;
例如:emp.name 表示參考 emp 變數中的 name 成員,emp.id 表示參考 emp 變數中的id 成員,
其中“.”是成員運算子,它的優先級在所有運算子中是最高的,
#include<stdio.h>
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
int main(void)
{
struct Employee emp={"hello",20,1,10000};
printf("%s\n",emp.name);
printf("%d\n",emp.age);
printf("%d\n",emp.id);
printf("%d\n",emp.salary);
getchar();
return 0;
}
除了采用初始化串列,還可以使用賦值運算子,對成員進行初始化,例如:
#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
int main(void)
{
struct Employee emp;
strcpy(emp.name,"hello");
emp.age=20;
emp.id=1;
emp.salary=10000;
printf("%s\n",emp.name);
printf("%d\n",emp.age);
printf("%d\n",emp.id);
printf("%d\n",emp.salary);
getchar();
return 0;
}
【說明】
使用成員串列的方式初始化時,編譯器會自動將字串“hello”復制到字符陣列 name中,而使用成員賦值方式初始化時,需要呼叫 strcpy 函式,將字串“hello”復制到字符陣列 name 中,
4. 結構體指標
指向結構體變數的指標就是結構體指標,如果指標變數中保存一個結構體變數的地址,則這個指標變數指向該結構體變數,需要注意的是指標變數的型別必須和結構體變數的型別相同,
定義結構體指標變數的一般形式為:
struct 結構體名 *指標變數名
例如:
struct Employee emp;
struct Employee * p_emp=&emp;
其中 emp 為結構體變數,p_emp 為結構體指標,將 emp 取地址賦給指標變數 p_emp表示 p_emp 指向 emp,
在 C 語言中,通過結構體指標 p 也可以參考結構體中的成員,有以下兩種方式:
(1)(*p).成員名;
(2)p->成員名;
例如:struct Employee * p_emp=&emp;
(*p_emp)表示指向的結構體變數 emp,(*p_emp).age 表示指向的結構體變數 emp 中的成員 age,注意,“.”運算子優先級是最高的,(*p_emp)兩側的括號不能省略,
為了簡化操作,C 語言允許將(*p).成員名用 p->成員名替換,(*p_emp).age 等價于p_emp->age,“->”稱為指向運算子,
方式 1:
#include<stdio.h>
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
int main(void)
{
struct Employee emp={"hello",20,1,10000};
struct Employee *p_emp=&emp;
printf("%s\n", (*p_emp).name);
printf("%d\n", (*p_emp).age);
printf("%d\n", (*p_emp).id);
printf("%d\n", (*p_emp).salary);
getchar();
return 0;
}
以“->”方式訪問結構體成員(常用)
#include<stdio.h>
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
int main(void)
{
struct Employee emp={"hello",20,1,10000};
struct Employee *p_emp=&emp;
printf("%s\n", p_emp->name);
printf("%d\n", p_emp->age);
printf("%d\n", p_emp->id);
printf("%d\n", p_emp->salary);
getchar();
return 0;
}
到呼叫“.”還是“->”初學者容易迷糊,記住一點:結構體變數用“.”,結構體指標變數用“->”
5. typedef 型別別名
在 C 語言中,除了使用 C 語言提供的標準型別名:char、int、double……以及自定義的結構體型別,還可以使用 typedef 關鍵字指定一個新的型別名來代替已有的型別名,相當于給已有型別起別名,類似于現實生活中,給一個人起外號一樣,其實都是一個人,
typedef 的一般使用形式為:
typedef 原型別名 新型別名
例如:
typedef int integer
其中 integer 是 int 型別的別名,在程式中可以使用 integer 代替 int 來定義整型變數,
例如:
integer a,b;
等價于
int a,b;
下面通過例子來了解 typedef 的應用,
#include<stdio.h>
typedef int integer;
int main(void)
{
integer a=10;
printf("%d",a);
getchar();
return 0;
}
typedef 不僅可以為基本型別起別名,還可以為自定義資料型別起別名,例如:
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
typedef struct Employee t_Employee;
其中 struct Employee 為自定義結構體型別名,t_Employee 為 struct Employee 的別名,在程式中可以使用 t_Employee 替換 struct Employee,
下面通過例子來了解 typedef 在結構體中的應用,
#include<stdio.h>
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
typedef struct Employee t_Employee; //定義別名
int main(void)
{
t_Employee emp={"hello",20,1,10000};
printf("%s\n",emp.name);
printf("%d\n",emp.age);
printf("%d\n",emp.id);
printf("%d\n",emp.salary);
getchar();
return 0;
}
6. 結構體復制
在 C 語言中,允許相同型別的結構體變數之間相互賦值,
例如:
t_Employee emp={"hello",20,1,10000};
t_Employee emp2=emp;
執行 emp2=emp,會將結構體變數 emp 各個成員的值原樣復制一份到變數 emp2 各個成員中,和基本型別變數的賦值規則相同,emp2 是 emp 的一個拷貝,這種賦值方式,被稱為“結構體復制”,
下面通過例子來了解結構體復制,
#include<stdio.h>
struct Employee
{
char name[8];
int age;
int id;
int salary;
};
typedef struct Employee t_Employee;
int main(void)
{
t_Employee emp={"hello",20,1,10000};
t_Employee emp2;
emp2=emp;
printf("%s\n",emp2.name);
printf("%d\n",emp2.age);
printf("%d\n",emp2.id);
printf("%d\n",emp2.salary);
getchar();
return 0;
}
轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/273106.html
標籤:C
上一篇:C/C++編程筆記:C++中的std :: get_temporary_buffer
下一篇:編程學習 | 編譯與解釋
