c语言内存管理2
课程纲要
目录
一.C语言内存管理模型
代码区 静态变量区 栈区 堆区（动态存储区）
- 代码区：存放CPU执行的机器指令，代码区是可共享，并且是只读的。（指令，常量字符串）
- 静态区：所有的 全局变量+静态变量（static）+字符串常量
- 栈区：由编译器自动分配内存（函数的参数，局部变量，自动变量），自动回收。
- 堆区：由程序员分配释放（malloc, free）
栈区生命周期：函数调用结束，内存空间就会释放
静态区生命周期：整个程序结束内存才会释放。注意static修饰词的使用
栈区：
优点：自动申请、自动释放，使用方便，并且能与标识符建立联系使用方便，由于操作系统算法比较完善，因此不会产生内存碎片、内存泄漏的问题。先进后出的特殊为函数的调用提供以及递归支持。安全、方便。
缺点：大小有限，不适合存储大量数据；当函数结束时栈内存就会被释放， 不适合长期存储数据。
堆区：
优点：存储空间够大，适合存储大批量的数据，申请和释放是受管理员控制的，适合长期保存数据。还可以根据程序的实际需要来调整内存的大小。
缺点：需要手动申请释放，使用麻烦；安全性差；在使用过程中可能会造成内存泄漏、产生内存碎片，对编程人员要求高。
当程序运行到需要一个动态分配的变量或对象时，必须向系统申请取得堆中的一块所需大小的存贮空间，用于存贮该变量或对象。当不再使用该变量或对象时，也就是它的生命结束时，要显式释放它所占用的存贮空间，这样系统就能对该堆空间进行再次分配，做到重复使用有限的资源。
堆区是不会自动在分配时做初始化的（包括清零），所以必须用初始化式来显式初始化。
使用堆内存要注意哪些问题：
1、内存越界
由于申请时的内存大小计算错误，而导致内存越界。
会导致段错误、脏数据（数据丢失受破坏）
2、内存泄漏
在程序运行期间，内存的首地址丢失，造成内存无法再内存期间释放，或者重复申请，而导致可用内存越来越少。
3、内存碎片
如果频繁的申请、释放小块的内存可能会造成申请和释放的不协调，而导致已经释放的内存无法使用。
4、重复释放
指针操作失误、业务流程出现漏洞导致同一块内存多次释放。可能造成段错误。
5、产生野指针
释放完内存后指向他的指针要及时设置为空，否则就会产生野指针，埋下安全隐患。
思考：
我们会想，既然有全局变量区（静态变量区），为什么还要使用堆区呢?直接一个全局变量不就可以了？
实际在使用的时候会发现，堆区其实是很有必要的。比如说，一个板卡串口每隔一定周期会收到一个1k字节的数据，拿到1k的数据后需要通过蓝牙上传给手机，蓝牙一次只传20个，还不能一直使用for不断调用蓝牙发送函数，需要用定时器辅助完成发送。这个时候这个1k的buff就不能是局部，因为不能一直停在uart接受函数这里，需要用到定时器持续蓝牙。如果使用局部的buff,传输uart接受函数执行完毕后这个1k的buff就释放了，定时器来到的时候数据已经没了。如果使用全局，确实不会出现上述的问题，但是你这1k的ram就只能一直做接受uart数据这一件事，那么malloc的神奇就来，我在收uart的时候申请一下1k的buff,蓝牙传输完成以后就可以free掉，这样其他程序可以反复用到这1k的ram空间；
尤其是我们的单片机内存现在还不是很大，随着物联网应用的发展一些包和逻辑占用较多内存。我们可以使用动态分配的这种方法使有限的内存实现更多的功能。
变量的定义（存储类型 数据类型 变量名）
Auto int aa=10;//我们平时定义都将auto省略
（1）Auto （局部变量）说明变量只能在某个程序范围内使用，通常在函数体内或函数中的复合语句中。（默认是随机值，所以我们平时都要求变量要赋初值）
（2）Register 寄存器变量（不常用），想将变量放入CPU寄存器中，这样可以加快程序运行速度。
如果申请不到还是使用一般内存，同auto。
(3)Static 变量 静态存储类型的变量，即可以在函数体内，也可以在函数体外（可以修饰局部变量，也可以修饰全局变量，默认值为0）
二．内存管理应用举例
1.
这是stm32f103RE的Memory map，从这个图可以看出外设的地址，64K的RAM空间，及512K的FLASH。
在平时的开发中，我们要时刻关注这64K，RAM的剩余量，防止程序跑飞。那么我们编译的程序怎么看内存占用，最简单的方式就是直接看编译信息。
程序通过软件进行编译输出如下信息
Program Size: Code=10904 RO-data=940 RW-data=40 ZI-data=1736
Code是代码占用的空间;
RO-data是 Read Only 只读常量的大小，如const型;
RW-data是（Read Write） 初始化了的可读写变量的大小;
ZI-data是（Zero Initialize） 没有初始化的可读写变量的大小。ZI-data不会被算做代码里因为不会被初始化;
烧写的时候是FLASH中的被占用的空间为：Code + RO Data + RW Data
程序运行的时候，芯片内部RAM使用的空间为： RW Data + ZI Data
比如我们经常遇到的内存溢出错误就是RW Data + ZI Data 大于了我们芯片的内存空间。
2.内存分配举例：
3.如下面的程序：
char * get_string(){
char s[] = “hello world”;
return s;
}
void main(void)
{
char *str =NULL；
str = get_string();
}
如上面的程序所示，main函数中执行完get_string时，返回的内容是否是hello world？？
答案是返回的内容不是hello world。
我们的“hello world”是一个字符串常量，它位于静态存储区，但是我们把字符串常量赋值给了一个局部变量（char型的数组），局部变量是存放在栈上的，当get_sting函数退出时，局部变量的内存是要被清空的。
那我们改为char *s = “hello world”;这样就可以正常输出了，s是指向静态存储区的内存，静态存储区的生命周期，在程序运行过程是不会清空的。
当然我们也可以加一个static 来改变生命周期。static char s[] = “hello world”;
扩展：static的作用：
- 在修饰变量的时候，static修饰的静态局部变量只执行一次，而且延长了局部变量的生命周期，直到程序运行结束以后才释放。 初始化的时候自动初始化为0；
第二、static修饰全局变量的时候，这个全局变量只能在本文件中访问，不能在其它文件中访问，即便是extern外部声明也不可以。
第三、static修饰一个函数，则这个函数的只能在本文件中调用，不能被其他文件调用。