[笔记]堆和规范的堆操作 //规范的动态资源操作

堆区(heap)： 用于动态内存分配。堆在内存中位于bss区和栈区之间。一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时有可能由os回收。·

-

3.1.2　栈和堆的区别

前面已经介绍过，栈是由编译器在需要时分配的，不需要时自动清除的变量存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。堆是由malloc()函数（c++语言为new运算符）分配的内存块，内存释放由程序员手动控制，在c语言为free函数完成（c++中为delete）。栈和堆的主要区别有以下几点：

（1）管理方式不同。

栈编译器自动管理，无需程序员手工控制；而堆空间的申请释放工作由程序员控制，容易产生内存泄漏。

（2）空间大小不同。

栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，当申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示溢出。因此，用户能从栈获得的空间较小。

堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。因为系统是用链表来存储空闲内存地址的，且链表的遍历方向是由低地址向高地址。由此可见，堆获得的空间较灵活，也较大。栈中元素都是一一对应的，不会存在一个内存块从栈中间弹出的情况。

（3）是否产生碎片。

对于堆来讲，频繁的malloc/free（new/delete）势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低（虽然程序在退出后操作系统会对内存进行回收管理）。对于栈来讲，则不会存在这个问题。

（4）增长方向不同。

堆的增长方向是向上的，即向着内存地址增加的方向；栈的增长方向是向下的，即向着内存地址减小的方向。

（5）分配方式不同。

堆都是程序中由malloc()函数动态申请分配并由free()函数释放的；栈的分配和释放是由编译器完成的，栈的动态分配由alloca()函数完成，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行申请和释放的，无需手工实现。

（6）分配效率不同。

栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行。堆则是c函数库提供的，它的机制很复杂，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大的空间，如果没有足够大的空间（可能是由于内存碎片太多），就有需要操作系统来重新整理内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

 

操作系统堆管理器管理：

堆管理器是操作系统的一个模块，堆管理内存分配灵活，按需分配。
 大块内存：

　　堆内存管理者总量很大的操作系统内存块，各进程可以按需申请使用，使用完释放。
 程序手动申请&释放：

　　手工意思是需要写代码去申请malloc和释放free。
 脏内存：

　　堆内存也是反复使用的，而且使用者用完释放前不会清除，因此也是脏的。
 临时性：

　　堆内存只在malloc和free之间属于我这个进程，而可以访问。在malloc之前和free之后
      都不能再访问，否则会有不可预料的后果。

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
 
int main(void)
{
    int *p = (int *)malloc(20);
    // 第二步：检验分配是否成功
    if (null == p)
    {
        printf("malloc error.\n");
        return -1;
    }
    
    *(p+3) = 12;
    *(p+300000) = 1234;
    printf("*(p+3) = %d.\n", *(p+3));
    printf("*(p+300000) = %d.\n", *(p+300000));        
    


/*
    int *p1 = (int *)malloc(4);        // p2-p1 = 0x10 = 16byte
    int *p2 = (int *)malloc(4);

    printf("p1 = %p.\n", p1);        // p2-p1 = 0x10 = 16byte
    printf("p2 = %p.\n", p2);
*/
    
/*
    int *p1 = (int *)malloc(0);
    int *p2 = (int *)malloc(0);

    printf("p1 = %p.\n", p1);        // p2-p1 = 0x10 = 16byte
    printf("p2 = %p.\n", p2);
    */
/*
    // 需要一个1000个int类型元素的数组
    
    // 第一步：申请和绑定
    int *p = (int *)malloc(1000*sizeof(int));
    // 第二步：检验分配是否成功
    if (null == p)
    {
        printf("malloc error.\n");
        return -1;
    }
    
    // 第三步：使用申请到的内存
    //p = null;
    //p = &a;    // 如果在free之前给p另外赋值，那么malloc申请的那段内存就丢失掉了
                // malloc后p和返回的内存相绑定，p是那段内存在当前进程的唯一联系人
                // 如果p没有free之前就丢了，那么这段内存就永远丢了。丢了的概念就是
                // 在操作系统的堆管理器中这段内存是当前进程拿着的，但是你也用不了
                // 所以你想申请新的内存来替换使用，这就叫程序“吃内存”，学名叫内存泄漏
    *(p+0) = 1;
    *(p+1) = 2;
    printf("*(p+0) = %d.\n", *(p+0));
    printf("*(p+1) = %d.\n", *(p+1));                
                    
    *(p+222) = 133;
    *(p+223) = 222;                
                    
    
    // 第四步：释放
    free(p);
    p = null;
    
    printf("*(p+222) = %d.\n", *(p+222));
    printf("*(p+223) = %d.\n", *(p+223));
*/
    return 0;
}

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

堆的结构信息

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int *pint = (int *)malloc(sizeof(int[4]));

    memset(pint, 0, sizeof(int[4]));

    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        pint[i] = i;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

 

 运行后如上图，返回值0x007bcbb8 指向的是堆的正文

往上数两行（0x20）

0x007bcb98  ：堆块的起始位置，此处用四个字节保存着当前堆之前申请的堆的起始位置（为0则表示当前堆为第一个申请的堆）

0x007bcb9c： 下一堆块的起始地址 （00 没有下一个堆块）

0x007bcba0：表示申请堆所在源码的全路径（指针） 00 表示没有加调试信息

0x007bcba4：申请堆所在源码对应的行数。

0x007bcba8：使用堆空间大小，malloc 的参数 

0x007bcbac：

0x007bcbb0：

 

0x007bcbb4：上溢标志   标志位

0x007bcbc8：下溢标志， 标志位

 

规范的堆操作 //规范的动态资源操作

运行时才调入的资源叫做动态资源， malloc free  动态申请函数

int *pint = null;   （malloc 错误时候返回null）

       // 1.资源的引用变量初始化为无效（或者错误）值，

//2.申请资源后必须按照正确的方式去检查申请结果是否失败，

      if （pint == null）

{

//3.如果申请失败，流程转移到错误处理和释放资源处。

errorproc（）；

goto exit_proc;  //释放资源

}

//4.流程到达这里说明资源申请成功，现在可以开始使用资源了。

exit_proc:

//5.释放资源时，先检查资源的状态是否有效

if(pint  !=  null)

{

//6.按正确方法释放资源

free(pint);

//7.将资源的引用变量重置为无效（或者错误）状态

pint = null;

} 

 

后申请的先释放，先申请的后释放

 

d参考资料：

1.系统内核之堆管理：

2.c语言中内存分配：

3.浅谈c语言中的堆：

4.程序员的自我修养十内存：https://www.cnblogs.com/tan-sir/p/7652149.html