堆棧與內存管理

堆棧(Stack) :

后進先出(LIFO) 線性數據結構 包含壓棧(Push) ,彈棧(Pop)

用途:臨時存儲數據(函數調用,局部變量)

管理:由系統自動分配和回收? ?速度快 ,容量有限!

堆棧代碼示例:

//堆棧示例 :局部變量
void getText()
{int text=20;//儲存在堆棧中
}

內存管理:

程序運行時內存的分配,使用和釋放

靜態內存(編譯時分配)

堆棧內存(自動管理):高地址向低地址增長 生命周期與函數調用綁定

堆內存(動態分配)? : 手動管理 ,靈活性高, 易引發內存泄漏或碎片? malloc ,free 等函數實現動態管理? ?低地址向高地址增長?手動控制生命周期 和 釋放 適用于儲存大小不確定或生命周期長的數據

堆內存代碼示例:

//堆內存 示例
void getText()
{
int*text=(int*)malloc(sizeof(int));//手動分配
*text=20;//把指針指向內存地址中的值修改為20
free(text);//手動釋放
text=NULL;//避免野指針}

小拓展(重點必看):

delete[] arr;    // C++釋放數組指針指向的是內存地址
*text=20;// 是把指針指向內存地址 的 值修改為20 地址并沒改變!!!
text=20; //是把指針地址改為20,可能會導致錯誤(20地址可能未分配)詳細說明:
分配后：
text → 0x1000 [未初始化]*text = 20 操作后：
text → 0x1000 [值為20]text = 20 操作后：
text → 0x0014 [非法地址] 程序崩潰特殊例子:
int *arr = malloc(10 * sizeof(int));
for (int i = 0; i < 10; i++) {arr[i] = i * 2;  // 等價于 *(arr+i) = i*2
}防止指針誤操作:
const int* ptr; // 指向的數據不可變  
int* const ptr; // 指針本身不可變  

常見問題

棧溢出:遞歸深度過大,局部變量占用過多空間? ? ? ?解決辦法:優化遞歸或用堆內存? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 內存泄漏: 未釋放堆內存,需確保 malloc 與 free 配對使用 或用(智能指針)C++? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 堆內存?野指針: 釋放后 未正確把指針設置為NULL?

普通指針野指針:指針初始化時應明確指向有效內存或設為nullptr。在指針指向的對象被銷毀后（如局部變量離開作用域），應避免繼續使用該指針。避免返回局部變量的指針

C語言內存泄漏的檢測與處理

危害:程序崩潰,性能下降

檢測方法:

1.靜態檢測方法

使用工具分析代碼 :Cppcheck、Clang Static Analyzer、Coverity

舉例使用靜態工具:

//控制臺輸入 使用 cppcheck 工具分析
cppcheck --enable=all ./your_code.c  

2.動態檢測方法

使用工具分析運行:Valgrind（Linux/macOS）,AddressSanitizer（ASan）（GCC/Clang）

舉例使用動態工具:

// 使用valgrind 輸出泄漏內存的調用棧
valgrind --leak-check=full ./your_program  
//使用AddressSanitizer 輸出泄漏位置和代碼行
gcc -fsanitize=address -g your_code.c -o output  
./output  

3.自定義檢測封裝函數(調試時使用!)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MALLOC(size) _malloc_debug(size, __FILE__, __LINE__) void* _malloc_debug(size_t size, const char* file, int line) {  void* p = malloc(size);  //調用malloc進行內存分配,分配結果保存在指針 p 中printf("output %zu bytes at %s:%d\n", size, file, line);  return p;  
}  
//這是一個指針函數的宏定義
//傳遞的參數為(請求分配的內存字節數,調用的源文件名,調用的源代碼行號)
//使用方法:將所有使用 malloc 的地方替換為 MALLOC 宏：
//舉例:int* arr = (int*)MALLOC(10 * sizeof(int));

處理方法:

構建統一清理函數,在可能發生異常的代碼段前提前清理

void cleanup(int* a, FILE* f) {if (a) free(a);//清理堆內存if (f) fclose(f);//關閉文件
}void risky_operation() {int* data = malloc(100);FILE* file = fopen("test.txt", "r");if (file == NULL) {//如果文件打開失敗 或者不存在 執行以下清除處理cleanup(data, NULL); //調用函數return; //返回函數調用時位置}cleanup(data, file); //不管前面是否被處理這里強制清理
}

總結:

確保每次malloc/calloc后均有對應的free，復雜邏輯可通過注釋標記釋放位置。