我眼中的‘C’——动态内存+柔型数组

目录

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("%sn", 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("%sn", 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!🌞🌞🌞 

本图文内容来源于网友网络收集整理提供,作为学习参考使用,版权属于原作者。
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