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C/C++程序内存分配的几个区域

柔性数组方案

柔性数组的特点

结构中指针方案

两种方案那个比较好？

 

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C/C++程序内存分配的几个区域

c语言的内存区域可以划分为5个区——内核空间，栈，内存映射段，堆，数据段和代码段。

请看我作的图。 

在学习计算机语言时，我们在语言层面一般把内存划分为下面几个区域——栈区，堆区和静态区。

栈区对应上面的栈，堆区对应上面的堆，而静态区所对应的是静态段。

 内存中有一段区域是不允许用户来使用的，这块区域就是内核空间，内核空间是留给操作系统来使用的，用户代码是不能读写的。

我们写的代码编译之后会留下汇编指令，这些指令需要存储起来才能正常运行，储存这些指令的地方就是代码段了。

• 栈区（stack）：主要存放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。如函数执行时，函数的形参以及函数内的局部变量是分配在栈区的，函数运行结束后，形参和局部变量去栈（自动释放）。栈内存分配运算内置与处理器的指令集中，效率高但是分配的内存空间有限。上面代码里红框的部分全都存储在栈区。
• 堆区（heap）：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收 。分配方式类似于链表。
• 数据段（静态区）（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
• 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

ptr1指向一段空间，这块空间是由malloc来申请的，malloc申请的空间在堆区储存，ptr1是维护那段空间的，它所储存的地址所指向的空间存储在堆区，但是ptr1本身是局部变量，存储在栈区。calloc和realloc同理。

柔性数组方案

下面两个都是柔型数组：

struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[];
};
struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[0];
};

需要注意的是，第二种有的编译器会报错。

柔性数组的特点

1.结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员

也就是说，下面这样的写法是绝对不行的：

struct S
{
	int arr[];
};

2.sizeof返回的带有柔型数组的结构体的大小不包括柔型数组。

#include<stdio.h>
struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[];
};
int main()
{
	printf("%d", sizeof(S));
	return 0;
}

 我们已经了解了最大对齐数，n和c一共是5字节，但是结构体大小必须是最大对齐数的整数倍，int的对齐数是4，char的对齐数是1，所以浪费三个字节，结构体大小为8，柔型数组的大小并没有被计算在里面。

3.包含柔型数组成员的结构用malloc进行内存的分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，用来适应柔型数组的预期大小。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
struct S
{
	int n;
	char c;
	int arr[0];
};
int main()
{
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + sizeof(int) * 10);
	if (ps == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	ps->n = 100;
	ps->c = 'w';
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	struct S* ptr = (struct S*)realloc(ps, sizeof(struct S) + 20 * sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		return 1;
	}
	else
	{
		ps = ptr;
	}
	free(ps);
	ps = NULL;
	
	return 0;
}

柔性数组的柔性就体现在这里，如果我们将结构体中的数组大小定义成一个常量，那么它在一次程序的运行中是不可修改的，但是如果我们用柔性数组来定义的话，就可以动态地用realloc来修改。

需要注意的是，realloc的后一个参数不是要扩容的大小，而是算上本来就有的空间之后的新大小，这一点比较容易搞混。

结构中指针方案

我们也可以这样模拟实现

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
struct S
{
	int n;
	char c;
	int *arr;
};
int main()
{
	struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
	if (ps == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	
	int* ptr = (int *)malloc(10*sizeof(int));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc2:");
		return 1;
	}
	else
	{
		ps->arr = ptr;
	}
	ps->n = 100;
	ps->c = 'w';
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		ps->arr[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
    ptr = (int*)realloc(ps->arr, sizeof(int) * 20);
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("realloc");
		return 1;
	}
	else
	{
		ps->arr = ptr;
	}
	free(ps->arr);
	ps -> arr = NULL;
	free(ps);
	ps = NULL;


	return 0;
}

这种写法可以模拟实现上面柔型数组的功能，我们称它为结构中指针方案。

那么结构中指针和柔型数组这两个方案到底哪一个比较好呢？

两种方案那个比较好？

如果我们用柔型数组的话，程序里面总共malloc一次，free一次。

如果用结构中指针的话，则是malloc两次，free两次。

这两个方案可以完成同样的功能，但是柔型数组的实现方式有两个好处：

第一个好处是：内存的使用率会高一些

malloc次数少，内存之间的内存碎片就会少一些，内存的使用率就会相应高一些。malloc次数多，维护难度增大，容易出错。

第二个好处是：访问速度会提高

柔型数组是一片连续的空间，访问速度理所应当地会快一些，而结构中指针空间之间可能不连续，我们在访问内存的时候，可能不是直接去内存里面拿，而是先去寄存器里找，寄存器没有再找内存要，如果空间连续，后面空间的内容可能会加载到寄存器里面，那么访问速度就会加快，而如果空间不连续，先去寄存器找却没找到，这么一来效率就会降低。

这篇博客旨在总结我自己阶段性的学习，要是能帮助到大家，那可真是三生有幸！😀如果觉得我写的不错的话还请点个赞和关注哦~我会持续输出编程的知识的！🌞🌞🌞