一文读懂C语言与C++动态内存

程序在编译、运行等各个过程中，不同性质的数据存放在不同的位置。动态内存是从堆上分配，也叫动态内存分配。程序员自己负责在何时释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活。

C、C++程序编译的内存分配

1.从静态存储区域分配

内存在程序编译时就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。速度快、不容易出错，因为有系统会善后。例如全局变量，static变量等。

2.在栈上分配

在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。

3.从堆上分配

即动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意大小的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活。如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，另外频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。

一个C、C++程序编译时内存分为5大存储区：堆区、栈区、全局区、文字常量区、程序代码区，如下表所示。

C、C++的程序编译时内存分配情况

实例：

int a=0;      //全局区初始化a
char *p1;     //全局区未初始化p1
static char b;  //全局区未初始化静态变量b

int main(void)
{
  int c;      //栈区临时变量c
  char s[]="abc";  //栈区临时数组变量s
  char *p2;        //栈区临时变量p2
  char *p3="123";  //常量区常量123，栈区指针变量p3
  static int d=0;   //全局静态初始化静态变量d
  p1=new char[10];  //堆区分配10个字节符空间
  p2=new char[20];  //堆区分配20个字节符空间
  strcpy(p1,"123);  //123放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123"优化成一个地方
}

答案

• 栈区（stack）：由编译器自动分配释放，存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
• 堆区（heap）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由系统回收。分配方式类似于链表。
• 全局区（静态区）（static）：存放全局变量、静态数据、常量。程序结束后由系统释放。
• 文字常量区：常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。
• （5）程序代码区：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

补充：在不同的内存区域，对于理解编程中的数据类型作用域和注意事项，比如静态数据和全局数据对其声明后区域的全局可见性，动态申请的内存为什么要及时释放等有很大的帮助。

2 分析代码段有没有错误

代码段1

void A(char *p)
{
   p=(char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
  char *str = NULL;
  A(str);
  strcpy(str,"hello world";
  printf(str);
}

代码段2

char *A(void)
{
   char p[]="hello world";
   return p;
}
void Test(void)
{
  char *str = NULL;
  str = A();
  printf(str);
}

代码段3

void A(char **p,int num)
{
   *p=(char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
  char *str = NULL;
  A(&str，100);
  strcpy(str,"hello");
  printf(str);
}

代码段4

void Test(void)
{
  char *str = (char *)malloc(100);
  strcpy(str,"hello";
  free(str);
}

分析问题:代码一到代码四主要考查面试者对内存操作的理解程度，基本功扎实的面试者能找到大部分的错误，但是全部找出还是有一定难度的。这四段代码主要有以下三个问题：

1. 指针的理解和使用问题。
2. 变量生存周期和作用域的问题。
3. 动态内存申请和释放的问题。

代码一：传入函数A( char *p )的参数为字符型指针，在这个函数修改参数p的值时并不能真正修改实参的值，如：

char *str = NULL;
A(str);

执行完这两句后str的值仍然是NULL，如果想改变指针的值，就得用二阶指针来完成。不理解指针和指针的用法是导致这个错误的主要原因。

代码二：在函数A(void )中：

char p[]="hello world";
return p;

其中的p[]数组是函数A中的局部变量，函数返回后，p就被释放掉了，str指向了一段无用的内存区域，输出的str会是乱码。理解变量的作用域是解决本题的关键。

代码三：避免了代码一中的问题，A的参数是二阶指针，传入的参数也是字符串的指针的指针，这样就可以在函数A中改变字符串指针的值了。但是在A中执行了申请动态内存的并且赋值给字符串指针的语句：

*p=(char *)malloc(num);

在Test中A返回后，没有对指针*p做任何判断就使用了p。

 strcpy(str,"hello");

假如动态内存没有申请成功，这句就会出现错误，所以在申请动态内存后，应该首先判断是内存否申请成功，然后再使用，以避免错误发生。如下：

if(*p =NULL)
{
    .......//申请失败异常处理
}

另外，没有释放动态申请的内存空间。

代码四：同代码三一样，申请了动态内存后没有检验是否申请成功就直接使用，并且在free( str)后str没有置空，str成了“野指针”。一定要记得每次释放动态申请的内存空间后指针要置空，如下：

free(str);
str = NULL;

答案

四段代码全有错误:

• 代码一：A( char *p )的参数为字符型指针，在这个函数修改参数p的值时并不能真正修改实参的值。
• 代码二：其中的p[]数组是函数A中的局部变量，函数返回后，p就被释放掉，str便指向了一段无用的内存区域。
• 代码三：没有判断动态内存申请是否成功而直接使用，没有释放动态申请的内存，造成内存泄漏。
• 代码四：没有判断动态内存申请是否成功而直接使用，动态内存释放后没有将指针置空。

注意：申请动态内存时一定要先判断是否申请成功，失败时要进行失败处理；动态内存使用后要及时释放，不要造成内存的泄漏；释放后将原先指向动态内存的指针置空，以免生成“野指针”。