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1. 程序中的内存从哪里来？

对于一个正在运行的程序来说，内存是其赖以运行的基础。内存是程序存储和操作的核心资源，虽然你可能很难看到内存本身，但内存的存在让程序能够稳定地运行。

1.1 程序执行需要内存支持

内存是程序的起点，程序是被放置在内存中运行的。程序运行时需要内存来存储一些临时变量和操作结果。此外，内存是计算机的核心资源之一，每个进程都有自己的内存空间。

1.2 内存管理由操作系统完成

内存管理最终是由操作系统负责的。内存在物理上是一个硬件器件，由硬件系统提供，但操作系统通过自己的管理机制统一控制内存的分配和使用。你需要通过操作系统获取内存权限。

内存可以分为三种主要类型：

• 栈（Stack）：运行时自动分配和回收，方便且简单。栈中的内存反复使用，分配时保留原来的值。
• 堆（Heap）：由操作系统内置管理器管理，灵活且大块，堆内存可以按需申请和释放，但必须手动管理（使用malloc和free）。
• 数据区（.data）：简单来说就是全局变量，包括显式初始化和未显式初始化的全局变量。

栈的详解

栈分配内存的优点包括：

• 自动管理：栈内存由编译器和运行时环境自动处理，无需手动干预。
• 反复使用：栈内存可以被多次使用，很容易反复分配。
• 临时性：栈变量的生命周期仅在函数执行过程中，函数结束后栈内存就会被释放。

栈的局限也很明显：

• 由于栈内存有限，函数无限分配栈内存会导致栈溢出，程序崩溃。
• 栈变量不能被函数返回，因为它们随着函数执行结束而被销毁。

堆内存详解

堆内存管理灵活且大块，适合多种应用场景：

• 操作系统管理：操作系统的堆管理器负责内存的分配和释放。
• 手动申请和释放：程序可以通过malloc申请内存和free释放内存。
• 内存的脏性：堆内存使用后如果没有及时释放，会导致内存泄漏。
• 临时性：堆内存只能在malloc和free结束后使用，否则不可预测。

堆内存的使用范例

• 使用malloc申请内存：int *p = (int *)malloc(1000 * sizeof(int));
• 正确使用前必须检验：if (p == NULL) { /* 处理内存分配失败情况 */ }
• 使用完成后必须释放：free(p);
• 不要在释放前对指针重新赋值，否则会导致内存泄漏。

malloc的细节

• malloc(0)通常返回一块16字节的内存，具体实现取决于库。
• malloc默认最小分配单元是16字节。
• 远远大的块如20字节的内存会在检查到被破坏时引发段错误。

2. 堆内存详解

3. 栈溢出的实例

void stack_overflow(void) {
    int a[100000000] = {0};
    a[100000000 - 1] = 12;
}
int main(void) {
    stack_overflow();
}

• 当栈内分配的数组大小超过系统栈的容量时，程序会报错：Segmentation fault (core dumped)。
• 栈溢出的本质原因是对 ard的栈内存请求超过了栈的容量。

4. 堆内存详解

5. 栈溢出的实例

void stack_overflow(void) {
    int a[100000000] = {0};
    a[100000000 - 1] = 12;
}
int main(void) {
    stack_overflow();
}

• 当栈内分配的数组大小超过系统栈的容量时，程序会报错：Segmentation fault (core dumped)。
• 栈溢出的本质原因是对 arid的栈内存请求超过了栈的容量。

6. 堆内存详解

7. 堆内存的使用范例

• 使用malloc申请内存：int *p = (int *)malloc(1000 * sizeof(int));
• 正确使用前必须检验：if (p == NULL) { /* 处理内存分配失败情况 */ }
• 使用完成后必须释放：free(p);
• 不要在释放前对指针重新赋值，否则会导致内存泄漏。

8. malloc的细节

• malloc(0)通常返回一块16字节的内存，具体实现取决于库。
• malloc默认最小分配单元是16字节。
• 远远大的块如20字节的内存会在检查到被破坏时引发段错误。

9. 堆内存使用范例

• 使用malloc申请内存：int *p = (int *)malloc(1000 * sizeof(int));
• 正确使用前必须检验：if (p == NULL) { /* 处理内存分配失败情况 */ }
• 使用完成后必须释放：free(p);
• 不要在释放前对指针重新赋值，否则会导致内存泄漏。

10. malloc的细节

• malloc(0)通常返回一块16字节的内存，具体实现取决于库。
• malloc默认最小分配单元是16字节。
• 远远大的块如20字节的内存会在检查到被破坏时引发段错误。

11. 栈溢出的实例

void stack_overflow(void) {
    int a[100000000] = {0};
    a[100000000 - 1] = 12;
}
int main(void) {
    stack_overflow();
}

• 当栈内分配的数组大小超过系统栈的容量时，程序会报错：Segmentation fault (core dumped)。
• 栈溢出的本质原因是对 arid的栈内存请求超过了栈的容量。

12. 堆内存详解

13. 堆内存的使用范例

• 使用malloc申请内存：int *p = (int *)malloc(1000 * sizeof(int));
• 正确使用前必须检验：if (p == NULL) { /* 处理内存分配失败情况 */ }
• 使用完成后必须释放：free(p);
• 不要在释放前对指针重新赋值，否则会导致内存泄漏。

14. malloc的细节

• malloc(0)通常返回一块16字节的内存，具体实现取决于库。
• malloc默认最小分配单元是16字节。
• 远远大的块如20字节的内存会在检查到被破坏时引发段错误。

15. 堆内存使用范例

• 使用malloc申请内存：int *p = (int *)malloc(1000 * sizeof(int));
• 正确使用前必须检验：if (p == NULL) { /* 处理内存分配失败情况 */ }
• 使用完成后必须释放：free(p);
• 不要在释放前对指针重新赋值，否则会导致内存泄漏。

16. malloc的细节

• malloc(0)通常返回一块16字节的内存，具体实现取决于库。
• malloc默认最小分配单元是16字节。
• 远远大的块如20字节的内存会在检查到被破坏时引发段错误。

17. 堆内存详解

18. 堆内存的使用范例

• 使用malloc申请内存：int *p = (int *)malloc(1000 * sizeof(int));
• 正确使用前必须检验：if (p == NULL) { /* 处理内存分配失败情况 */ }
• 使用完成后必须释放：free(p);
• 不要在释放前对指针重新赋值，否则会导致内存泄漏。

19. malloc的细节

• malloc(0)通常返回一块16字节的内存，具体实现取决于库。
• malloc默认最小分配单元是16字节。
• 远远大的块如20字节的内存会在检查到被破坏时引发段错误。

20. 堆内存详解

通过以上内容可以看出，无论是栈、堆还是数据区，内存都是程序运行不可或缺的一部分。理解这些内存类型及其管理方式，是开发程序的基础技能。

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