1.3 内存管理

个人认为好的程序员总是会合理的使用内存,学习数据结构也需要对C语言的内存管理做个简单的了解,为什么是简单的了解而不是深入呢?因为C语言及其内存管理不是三言两语可以说清的,这里我们只谈谈常用的内存管理方法。

为什么是malloc?

以往我们在学习c语言时,通常只是简单的使用int,float之类来声明变量。像这种变量,通常存放在栈区(stack),由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量等值。而在实际编程中,我们需要足够的内存来保证程序的存储需求,由于stack区内存相对较小,所以我们需要使用malloc与free等函数来从堆区(heap)动态申请与释放内存,堆区要比栈区大得多。

malloc与内存

所有程序都需要预留足够的内存来存储程序使用的数据,malloc函数能够在程序运行时分配更多的内存。malloc函数会找到空闲的内存块并返回内存块的首地址,而恰好char表示1字节,malloc()的返回类型被定义为指向char类型的指针。但从ANSI C标准开始,有了些变化。malloc函数原型为:

void *malloc(unsigned int num_bytes);

一个指向void的指针,相当于是一个通用类型,所以通常我们需要什么类型的指针对应进行强制转换即可,分配失败将返回空指针。

善用size_t类型

我们一般用size_t类型来定义变量进而存储sizeof函数返回的值。
比如:

size_t size = sizeof(int);

malloc的使用

malloc函数位于 <stdlib.h> 库,使用前不要忘记 include

为简单变量申请内存

int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
*p = 100;

为结构体申请内存

struct student *stu_ptr = (struct student *)malloc(sizeof(struct student));
char *name = (char *)malloc(sizeof(char) * 64);
strcpy(name, "austin");
stu_ptr->name = name;
stu_ptr->age = 19;
stu_ptr->class = 3;
printf("name: %s\nage: %d\nclass: %d\n", stu_ptr->name, stu_ptr->age, stu_ptr->class);
/* 输出如下:
name: austin
age: 19
class: 3 */

free的使用

一般来说,内存错误是C/C++编程中常见且令人头疼的问题。为了避免此类问题出现,就要养成良好的内存使用习惯。通常,malloc函数与free函数成对使用。
这是因为,malloc申请来内存后,并不会主动释放, C语言并没有类似高级语言如java、python等垃圾回收机制。这就需要我们手动使用free函数释放,避免不用的变量滞留在内存。
free函数的使用较为简单, 原型: void free(void *ptr), 它会释放ptr指向的存储空间,被释放的空间通常被送入可用存储区池。
假如上文中定义的结构变量stu_ptr不再使用,我们就可以进行释放操作。

free(stu_ptr);

AddressSanitizer的使用

在进行C编程时,一些内存错误可能会在运行时报出导致运行终止,但也可能会有内存错误的情况,而表面上却正常运行。
AddressSanitizer是一款用于内存诊断的工具,可以配合gcc使用,方便检测越界,非法访问等内存错误。

gcc编译的时加上这些参数即可:

-fsanitize=address -fno-omit-frame-pointer  -g
# 例如 
gcc -fsanitize=address -fno-omit-frame-pointer  -g test.c

接着运行程序,如果内存异常,就会报出具体错误信息,比如下面这个:

fsan.png

如果编译时报出错误:

/usr/bin/ld: 找不到 /usr/lib64/libasan.so.0.0.0
collect2: 错误:ld 返回 1

那说明没有安装AddressSanitizer,centos下安装:

yum install libasan.x86_64

建议升级高版本gcc

查看版本方法如下,

gcc --version

如果是Centos 7,默认gcc版本可能是4.8,有点低,因为部分内存报错检测不出。

升级方法如下:

yum install centos-release-scl
yum install devtoolset-9-gcc*
scl enable devtoolset-9 bash

直接替换旧版本gcc:

mv /usr/bin/gcc /usr/bin/gcc-4.8.5
ln -s /opt/rh/devtoolset-9/root/bin/gcc /usr/bin/gcc

升级gcc后报错

/opt/rh/devtoolset-9/root/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/9/ld: 找不到 libasan_preinit.o: 没有那个文件或目录
/opt/rh/devtoolset-9/root/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/9/ld: 找不到 -lasan
collect2: error: ld returned 1 exit status

执行如下安装命令即可

yum install devtoolset-9-libasan-devel libssan

标签: c语言, C, 数据结构, 内存管理, malloc, fsan, gcc

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