C语言进阶 ~ 内存四区（栈、堆、全局、代码区）

特别声明：该部分是根据B站大佬---​​什么都想干好​​的视频学习而来。

目录

​​1.1 数据类型本质分析​​

​​1.1.1 数据类型概念​​

​​1.1.2 数据类型的本质​​

​​1.1.3 数据类型的别名​​

​​1.1.4 数据类型之 void​​

​​1.2 变量的本质分析​​

​​1.2.1 变量的概念​​

​​1.3 程序的内存四区模型​​

​​1.3.1 全局区（全局变量、静态变量（const，constant或final等）、文字常量区）​​

​​1.3.2 栈区（栈区(stack) :① 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。② 函数运行时分配，函数结束时释放。由编译器自动分配释放 ，存放为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。）​​

​​1.3.3 堆区(heap) : 一般由程序员分配释放(动态内存申请与释放)，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收。​​

​​1.4 函数的调用模型​​

​​1.5 栈的生长方向和内存存放方向​​

1.1 数据类型本质分析

1.1.1 数据类型概念

• “类型”是对数据的抽象
• 类型相同的数据有相同的表示形式、存储格式以及相关的操作
• 程序中使用的所有数据都必定属于某一种数据类型

1.1.2 数据类型的本质

• 数据类型可理解为创建变量的模具：是固定内存大小的别名。
• 数据类型的作用：编译器预算对象（变量）分配的内存空间大小。
• 注意：数据类型只是模具，编译器并没有分配空间，只有根据类型（模具）创建变量（实物），编译器才会分配空间。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 10; //告诉编译器，分配4个字节的内存
    int b[10];  //告诉编译器，分配4*10 = 40 个字节的内存

    printf("b:%p, b+1: %p, &b:%p, &b+1: %p\n", b, b + 1, &b, &b + 1);

    //b+1 和 &b+1的结果不一样 （+1 ---> +4; +1 ---> +40）
    //是因为 b 和 &b 所代表的数据类型不一样
    //b  代表数组首元素的地址
    //&b 代表整体数组的地址

    return 0;
}

• b+1 和 &b+1的结果不一样 （+1 ---> +4; +1 ---> +40）
• 是因为 b 和 &b 所代表的数据类型不一样
• b  代表数组首元素的地址
• &b 代表整体数组的地址

1.1.3 数据类型的别名

① 给数据类型起别名

#include <stdio.h>

typedef unsigned int u32;   //给unsigned int类型取别名

int main(void)

{

    u32 a;         

    a = 10;                 

    return 0;                   
}

② 给结构体类型起别名

#include <stdio.h>

#define pi 3.14

// 正常使用结构体 //
struct People
{
  char name[64];
  int age;
};
 给结构体类型起别名 
typedef struct People_2
{
  char name[64];
  int age;
} people_t;


int main(void)
{
  // 正常使用结构体 ///的初始化///
  struct People p1;
   给结构体类型起别名 /的初始化///
  people_t p2;

  p1.age = 10;
  p2.age = 11;


  return 0;
}

1.1.4 数据类型之 void

1、函数参数为空，定义函数时，可以用void修饰: int fun(void)
2、函数没有返回值: void fun(void);
3、不能定义vold类型的普通变量， vold a; //err,无法确定类型,不同类型分配空间不一样
4、 可以定义vold *变量: void *; //ok， 32位是4字节，64位是8字节
5、数据类型本质：固定内存块大小别名
6、void和万能指针，函数返回值，函数参数

• void的字面意思是“无类型”，void *则为“无类型指针”，void *可以指向任何类型的数据。
• void * memcpy(void *dest, const void *src, size_tvoid指针的意义

7、void指针的意义

 C语言规定只有相同类型的指针才可以相互赋值

      void*指针作为左值用于“接收”任意类型的指针

      void*指针作为右值赋值给其它指针时需要强制类型转换

      int *p1 = NULL;

      char *p2 = (char *)malloc(sizoeof(char)*20);

1.2 变量的本质分析

1.2.1 变量的概念

       概念：既能读又能写的内存对象，称为变量。

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

int main(void)
{
  int i = 0;

  // 通过变量直接操作内存
  i = 10;

  int *p = &i;
  printf("&i:%d\n", &i);
  printf("p:%d\n", p);

  // 通过内存编号间接操作内存
  *p = 100;
  printf("i = %d, *p = %d\n", i, *p);

  system("pause");
  return 0;
}

1.3 程序的内存四区模型

1.3.1 全局区（全局变量、静态变量（const，constant或final等）、文字常量区）

#include <stdio.h>

char * getStr1()
{
    char *p1 = "abcdefg2";
    return p1;
}
char *getStr2()
{
    char *p2 = "abcdefg2";
    return p2;
}
int main(void)
{
    char *p1 = NULL;
    char *p2 = NULL;
    p1 = getStr1();
    p2 = getStr2();

    //打印p1 p2 所指向内存空间的数据
    printf("p1:%s , p2:%s \n", p1, p2);

    //打印p1 p2 的值
    printf("p1:%p , p2:%p \n", p1, p2);

    return 0;
}

问题：内容一致， 为什么两个指针的地址值也是一样的?
 

① 程序执行到   int main(void) 

② 程序执行到       char *p1 = NULL;  char *p2 = NULL;

③ 程序执行到 getStr1()        由于个人原因在全局区中应该为“abcdefg1\0”

④ 程序执行到 p1 = getStr1();   由于个人原因在全局区中应该为“abcdefg1\0”

⑤ 程序执行到 p2 = getStr2();    由于个人原因在全局区中应该为“abcdefg1\0”

因为字符变量是一致的，所以并没有重新放在另一个内存区域，用的是同一个。

另注意：

打印p1 p2 所指向内存空间的数据
    printf("p1:%s , p2:%s \n", p1, p2);

    打印p1 p2 的值
    printf("p1:%p , p2:%p \n", p1, p2);

1.3.2 栈区（栈区(stack) :① 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。② 函数运行时分配，函数结束时释放。由编译器自动分配释放 ，存放为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。）

#include <stdio.h>

char *get_str(void)
{
  char str[] = "abcdedsgads"; //str在栈区，字符常量在全局区
  printf("在子函数中：str = %s\n", str);
  return str;
}

int main(vo1d)
{
  char *p = NULL;

  p = get_str();
  printf("在主函数中：p = %s\n",p);
  printf("\n");
  system("pause");
  return 0;
}

请问打印出来的内容一致吗？为什么不一致？

① 程序执行到 get_str();  包括第一次打印，到此都是正常的。

② 程序执行到 p = get_str();  讲数组的首地址赋值给p，到此也是正常的。

③ 程序运行完  p = get_str();  还未运行 printf("在主函数中：p = %s\n",p);时

     注意此时的变化：栈区(stack) :① 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。② 函数运行时分配，函数结束时释放。由编译器自动分配释放 ，存放为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。

④ 程序运行至打印      打印出来了乱码

1.3.3 堆区(heap) : 一般由程序员分配释放(动态内存申请与释放)，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收。

接着栈所说的内容，我们该如何取出这一串字符呢？

#include <stdio.h>
#include <String.h>

char *get_str(void)
{
  char *p1 = NULL;

  p1 = (char *)malloc(100);

  if (p1 == NULL)
  {
    return NULL;
  }
  strcpy
  
  (p1,"adsagldsjg1k");
  return p1;
}


int main(vo1d)
{

  char *p = NULL;

  p = get_str();
  if (p != NULL) 
  {
    printf("在主函数中：p = %s\n",p);
    free(p);
    p = NULL;
  }
  
  printf("\n");
  system("pause");
  return 0;
}

① 程序运行至  char *p = NULL;

② 程序运行至  get_str();  中的 char *p1 = NULL;

③ 程序运行至 p1 = (char *)malloc(100);

④ 程序运行到 strcpy(p1,"adsagldsjg1k");

⑤ 程序运行到  p = get_str();

⑥ 程序运行到  printf("在主函数中：p = %s\n",p);

⑦ free(p); 只是解除了程序对于堆区地址0x20的使用权，并没有将0x20处的数据清除。

1.4 函数的调用模型

1.5 栈的生长方向和内存存放方向

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a;
    int b;

    char buf[4];

    printf("&a: %p\n", &a);
    printf("&b: %p\n", &b);

    printf("buf的地址 : %p\n", &buf[0]);
    printf("buf+1地址: %p \n", &buf[1]);

    return 0;
}