内存操作API

内存类型

堆内存
栈内存

栈内存不需要程序员自己管理，一般都是编译器隐式管理，所以栈内存一般也被成为“自动”内存。

而程序员通过诸如malloc这样的函数申请的内存属于堆内存，这块区域需要程序员自己进行管控。

比如下面这段：

void func() {
    int *x = (int *) malloc(sizeof(int));
    ......
}

上面函数内的这行代码中，实际上既有栈内存的创建，也有堆内存的创建。

malloc调用

malloc函数传入的参数类型为size_t，也就是对应需要申请内存区域的大小。

如果申请成功，返回的是一个指向该区域指针，反之如果申请失败，就会返回NULL。

另外在正常使用中，malloc的参数一般都不会直接填入数字，而是通过sizeof()函数来进行计算的，就像前面看到的那样sizeof(int)。

sizeof()内部也可以传入具体的变量：

int x;
int *s = sizeof(x);

这里还有一种情况需要格外注意：

int *x = malloc(10 * sizeof(int));
printf("%d\n", sizeof(x));

这段代码中，第一句申请了一块10个整型的数组空间，但是后面一句的printf()中，此时使用sizeof打印出的结果可能是一个非常小的值，这是因为此时sizeof认为需要计算的只是单个int类型的大小。

如果需要得到确切的大小，可以考虑这样：

int x[10];
printf("%d\n", sizeof(x));

free调用

free()函数本身接收一个指针类型的参数，这个指针就是前面对应malloc()返回的指针，无需再传入具体需要释放的内存大小。

由此可见，free()的释放实际上依赖于内存分配库本身对内存的标记。

常见的使用错误

忘记分配内存

对于用惯了Java这类编程语言的人来说，这可能初期是一个经常会犯的错误，一定要切记，使用之前一定要申请内存区域，否则会报错

没有分配足够的内存

在程序中，一定要仔细计算所需内存空间的大小，一旦内存不够，就及时申请更大的内存区域，否则程序就会出现一些错误。

忘记初始化

内存分配成功后，一定要记得对内存区域进行初始化，否则可能读到一些稀奇古怪的内容，导致程序运行异常。

忘记释放内存

内存使用完之后，一定记得及时释放，最好的方式就是在malloc的时候，对应及时写一个free，然后再在两个调用之间插入具体的业务逻辑，确保不会出现内存泄漏的问题。

反复释放内存

对于已经释放的内存区域，不要反复进行释放操作，这样做会导致程序崩溃。

用完之前释放内存

这种被称为“悬挂指针（dangling pointer）”，如果在free之后又进行了malloc，就会导致程序数据出现问题，需要格外注意。

错误地调用free

因为free接收的是一个指针类型的参数，所以如果传入的是一些其他指针数据，而非malloc返回的那种指针，可能就会出现各种异常情况。

补充

为什么进程退出的时候没有内存泄漏？

实际上，系统中的内存管理存在两级：

第一级是操作系统进行的内存管理，操作系统会在进行运行时，将一定的内存区域交给进程进行控制，等进程退出后，操作系统会重新收回之前分配的这部分内存空间。

第二级是进程内部进行的内存管理，如前面提到的malloc、free这类操作。

对于那些短期运行的程序，即使有出现没能及时释放的内存，也不用担心，因为进程退出后，操作系统不管内部有没有释放，都会统一全部回收掉，所以也就没有所谓的内存泄漏的问题了。

但是对于像web服务这种，它需要长期驻留内存中的，如果出现了这种没有及时释放的内存空间，长此以往，内存泄漏的就会越来越多，最终就是大量内存被浪费掉了，可用内存越来越少，从而导致程序崩溃。

底层操作系统支持

前面提到的malloc和free这类的函数，实际上它们并非是系统调用，而只是一个库调用，但是这个库调用本身也是建立在一些系统调用之上的，这里给出了两个系统调用介绍：brk、sbrk。

brk调用的作用就是改变程序分段的位置：堆结束的位置。这个调用需要一个新分段地址作为参数，然后将它和现有分段地址进行比较，如果比现有分段地址大，那就是扩充内存，如果比现有的小，那就是释放一定的内存。

sbrk的效果和brk实际上是类似的，只是它操作的是栈。

程序员本身是不建议直接使用brk、sbrk的，很容易出现各种问题，建议坚持一直使用malloc和free。

还有一个方法：mmap()：它也是申请一块内存区域，但是不同的是，它申请的这块内存区域不和任何具体的文件进行关联，它是一块匿名空间，仅仅只是存在于交换空间（swap space）中，申请后，在使用上和malloc申请的内存区域一模一样。关于交换空间，后续章节有详细介绍。

其他调用

calloc: 分配内存，并在返回之前将其置零，如果认为内存已经归零，并且忘记初始化它，使用calloc可以防止出现一些错误。
realloc: 当需要为某些东西（比如一个数组）分配空间，然后需要添加一些东西时，可以考虑使用它，该方法会申请一块更大的内存区域，同时将老的内存区域的内容复制一份到新的内存空间中，然后返回新内存空间指针。