C语言中堆内存介绍和管理

1.什么是堆内存

堆内存是进程的一个内存段(text\data\bss\heap\stack),程序员手动管理，优点足够大，缺点使用麻烦

2.为什么要使用堆内存

1、随着程序的复杂，数据量变多
2、其他内存段的申请释放不受控制，堆内存的申请释放受控制，可以适时地节约内存

3.如何使用堆内存

注意：C语言中没有控制堆内存的语句，只能使用C标准库中的函数
头文件：#include <stdlib.h>
1.void *malloc(size_t size);
功能：从堆内存中申请size个字节的内存，申请到的内存中数据的值不确定
返回值:成功返回申请到的连续内存的首地址，失败返回NULL
2.void free(viod * ptr);
功能：释放一块堆内存
ptr：要释放的堆内存的首地址
注意：free释放只是使用权限，数据不会全部清理
注意：不能连续释放，但是可以释放NULL
3.void *calloc(size_t nmemb,size_t size);
功能：从堆内存申请nmemb块，每块size字节大小的内存
返回值:成功返回申请到的连续内存的首地址，失败返回NULL
注意：calloc申请到的内存会被初始化为0，速度比malloc慢
short* p = calloc(10,4) == malloc(40)
4.void *realloc(void *ptr,size_t size);
功能:改变已有的堆内存的大小，size表示调整后的大小，在原有的基础上调大调小
返回值：调整后内存块的新的首地址，一定要重新接受返回值，可能不是在原位置进行调整
如果无法在原位置：
1、申请一块新的符合大小的内存
2、拷贝原内存中的数据
3、释放原内存，返回新内存首地址

4.malloc的内存管理机制

1、当首次向malloc申请内存，malloc会向操作系统申请内存，操作系统会直接分配33页(1页=4096字节)内存交给malloc管理，但是并不意味着可以越界访问，因为malloc可能会把其他的内存分配给"其他人"，这样就会产生脏数据
2、每个内存块之间会有空隙(4~12字节)，一部分空隙是为了内存对齐，其中一定有4字节记录了malloc的维护信息，这些维护信息决定了下一次malloc分配内存的位置，如果破坏了维护信息，会影响下一次malloc或者free的过程

5.使用堆内存需要注意的问题

1.内存泄漏：

内存无法再使用，也无法被释放，而需要再次使用时只能重新申请内存，然后继续重复以上过程，日积月累后可用的内存越来越少
注意：一旦进程结束属于该进程的所有资源都会被操作系统回收
如何尽量地避免内存泄漏：
谁申请谁释放，谁知道该释放谁释放
如何判断、定位内存泄漏：
1、查看内存使用情况
win 任务管理器
Linux ps -aux命令
2、借助代码分析工具 mtrace 检查malloc和free是否成对出现
3、封装malloc、free，记录申请、释放的信息到日志文件中

2.内存碎片：

已经释放了但无法继续使用的内存叫做内存碎片，由于申请和释放的时间不协调导致的，无法完全避免只能尽量减少
如何减少内存碎片：
1、尽量使用栈内存
2、不要频繁地申请、释放内存
3、尽量申请大块的内存自己管理

6.内存清理函数

1.#include <strings.h>
void bzero(void *s,size_t n);
功能：把一块内存清理为0
s:内存块的首地址
n:内存块的字节数
2. #include <string.h>
void *memset*(void *s,int c,size_t n);
功能：把内存块按字节设置为c
s:内存块的首地址
c：想要设置的ASCII值
n：内存块的字节数
返回值：成功设置后的内存首地址

堆内存定义二维数组

指针数组

    定义n行，m列二维数组
    类型* arr[n];
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        arr[i]=malloc(m*sizeof(类型));
    }
    注意：每一行的m值可以不同，这种方式可以定义不规则的二维数组
    缺点：申请麻烦、容易产生内存碎片
    优点：可以不规则、对内存要求低

数组指针

    类型 (*arrp)[n]=malloc(sizeof(类型)*n*m)
    申请m行n列的二维数组
    缺点：对内存要求高，可能申请失败
    优点：申请简单
    注意：所谓的多维数组其实都是用一维数组模拟