详解C语言中的内存四区模型及结构体对内存的使用

内存四区
1、代码区
代码区code，程序被操作系统加载到内存的时候，所有的可执行代码都加载到代码区，也叫代码段，这块内存是不可以在运行期间修改的。
2、静态区
所有的全局变量以及程序中的静态变量都存储到静态区。
3、栈区
栈stack是一种先进后出的内存结构，所有的自动变量，函数的形参都是由编译器自动放出栈中，当一个自动变量超出其作用域时，自动从栈中弹出。对于自动变量，什么时候入栈，什么时候出栈，是不需要程序控制的，由C语言编译器。实现栈不会很大，一般都是以K为单位的。
当栈空间以满，但还往栈内存压变量，这个就叫栈。溢出对于一个32位操作系统，最大管理管理4G内存，其中1G是给操作系统自己用的，剩下的3G都是给用户程序，一个用户程序理论上可以使用3G的内存空间。
注意：C语言中函数参数入栈的顺序是从右往左。
4、堆区
堆heap和栈一样，也是一种在程序运行过程中可以随时修改的内存区域，但没有栈那样先进后出的顺序。堆是一个大容器，它的容量要远远大于栈，但是在C语言中，堆内存空间的申请和释放需要手动通过代码来完成。
代码示例：

#include <stdio.h>

int c = 0; // 静态区

void test(int a, int b) // 形参a，b都在栈区
{
  printf("%d, %d\n", &a, &b);
}

int *geta() // 函数的返回值是一个指针
{
  int a = 100; // 栈区
  return &a;
} // int a的作用域就是这个{}

int main()
{
  int *p = geta(); // 这里得到一个临时栈变量的地址，这个地址在函数geta调用完成之后已经无效了
  *p = 100;
  printf("%d\n", *p);
  static int d = 0; // 静态区
  int a = 0; // 栈区
  int b = 0;

  printf("%d, %d, %d, %d, %d\n", &a, &b, &c, &d, main);
  test(a, b);
  return 0;
}

/*
输出结果
100
2619740, 2619728, 9404720, 9404724, 9376059
2619512, 2619516
*/

堆使用注意事项：

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

int *geta() // 错误，不能将一个栈变量的地址通过函数的返回值返回
{
  int a = 0;
  return &a;
}

int *geta1() // 可以通过函数的返回值返回一个堆地址，但记得，一定要free
{
  int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); // 申请了一个堆空间
  return p;
}

int *geta2() // 合法的，但是记住这里不能用free
{
  static int a = 0; // 变量在静态区，程序运行过程中一直存在
  return &a;
}

void getHeap(int *p)
{
  printf("p = %p\n", &p);
  p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
} // getHeap执行完之后，p就消失了，导致他指向的具体堆空间的地址编号也随之消失了
// 这里发生了内存泄漏

void getHeap1(int **p)
{
  *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
} // 这里的操作就是正确的

int main()
{
  int *p = NULL;
  printf("p = %p\n", &p);
  getHeap(p); // 实参没有任何改变
  getHeap1(&p); // 得到了堆内存的地址
  printf("p = %d\n", p);

  p[0] = 1;
  p[1] = 2;
  printf("p[0] = %d, p[1] = %d\n", p[0], p[1]);
  free(p);

  return 0;
}

结构体内存对齐模式

结构体内存对齐模式各种情况详解

#include <stdio.h>

struct A
{
  int a; // 此时结构体占用4个字节
  char b; // 此时结构体占用8个字节
  char c; // 还是8个字节
  char d; // 还是8个字节
  char e; // 还是8个字节
  char f; // 现在是12个字节
};

struct B
{
  char a; // 1个字节
  char b; // 2个字节
  char c; // 3个字节
};

struct c
{
  char name[10]; // 10个字节
  char a; // 11个字节
  // 对于char型数组来说，会把数组每个元素当作一个char类型
};

struct d
{
  int name[10]; // 40个字节
  char a; // 44个字节
  char b; // 44个字节
};

struct e
{
  char a; // 1个字节
  int b; // 8个字节
  char c; // 12个字节
  // 这种写法内存的消耗相比A就会变大
};

struct f
{
  char a; // 1
  short b; // 4注意这里short占用的是剩下三个字节中的后两个
  // 内存对齐总是以2的倍数对齐
  char c; // 所以此时是6
  int d; // 12
  short e; // 16
  char f; // 16
};

结构体变相实现数组赋值

struct name
{
  char array[10];
};

int main()
{
  char name1[10] = "name1";
  char name2[20] = "name2";
  name1 = name2; // 这里是出错的，不能在数组之间进行赋值
  struct name a1 = { "hello" };
  struct name a2 = { 0 };
  a2 = a1; // 这里通过结构体可以赋值的特性变相实现了数组的赋值
  return 0;
}

结构体内存泄漏

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

union A
{
  char a;
  char *b; // 联合体的指针成员要特别注意
};

int main()
{
  A a;
  a.b = (char *)malloc(10); // b指向了一个堆的地址
  // 如果联合体中有指针成员，那么一定要使用完这个指针，并且free指针之后才能使用其他成员
  a.a = 10; // b的值也成了10了
  free(b); // 此时释放b是错误的，因为在上面一行对a进行赋值时，已经将b的值更改了，这里造成了内存泄漏
  return 0;
}