C语言内存空间的使用
1、指针
1.1、指针概述
1.2、指针修饰符 const/volatile/typedef
1.3、指针运算符
1.4、多级指针
2、数组
2.1、数组空间
2.2、字符空间及地址
3、结构体、共用体
3.1、定义、字节对齐
3.2、位域
4、内存分布图
5、段错误分析
1、指针
1.1、指针概述
查看系统位数（64位）
shell
uname -a
x86_64示例1：查看指针大小，都是8字节
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
int *p1;
char *p2;
printf("size of int p1 is %lu\n", sizeof(p1));
// size of int p1 is 8
printf("size of char p2 is %lu\n", sizeof(p2));
// size of char p2 is 8
return 0;
}示例2：变量的地址指向低地址
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
int a = 0X12345678;
char *p;
p = &a;
printf("p = %x\n", *p);
// p = 78
return 0;
}1.2、指针修饰符
1、const 常量
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
const char *p = "hello world";
printf("%s\n", p);
printf("%c\n", *p);
// error 不能修改
// *p = 'a';
printf("%c\n", *p);
return 0;
}2、volatile
防止优化指向内存地址
硬件居多
cpp
volatile char *p;
*p = 0x10;
while (*p == 0x10){
// 例如：监听键盘按下
}3、typedef
例如
cpp
typedef char *name_t;
name_t a;1.3、指针运算符
1、指针的加减，实际改变的是一个单位
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
int *p1 = NULL;
printf("%p\n", p1 + 1);
// 0x4
char *p2 = NULL;
printf("%p\n", p2 + 1);
// 0x1
return 0;
}2、[]取值 两者等价
cpp
p[n]
*(p + n)内存分配：从高地址向低地址
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
int a = 0x12345678;
int b = 0x87654321;
int *p_b = &b;
char *p_c = (char *) &a;
printf("%#x\n", a); // 0x12345678
printf("%#x\n", *(p_b + 1)); // 0x12345678
printf("%#x\n", p_b[1]); // 0x12345678
printf("%#x\n", *p_c); // 0x78
printf("%#x\n", *(p_c + 1)); // 0x56
printf("%#x\n", *(p_c + 2)); // 0x34
printf("%#x\n", *(p_c + 3)); // 0x12
return 0;
}注意：const仅对编译器有用
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
const int a = 0x12345678;
int b = 0x11223344;
// a = 0x87654321; // error: cannot assign to variable 'a'
int *p = &b;
*(p + 1) = 0x55667788;
printf("%#x\n", a); // 0x12345678
return 0;
}3、逻辑操作符
常用 == 和 !=
和0x0(NULL)比较
指针类型相同比较才有意义
1.4、多级指针
存放地址的地址空间
cpp
char **p
p[0] p[1] ... p[n] NULL示例1
cpp
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv) {
for (int i = 0; i < argc; i++) {
printf("%s\n", argv[i]);
}
return 0;
}或者
cpp
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv) {
int i =0;
while (argv[i] != NULL) {
printf("%s\n", argv[i]);
i++;
}
return 0;
}运行结果
cpp
$ ./a.out hello world
./a.out
hello
world2、数组
2.1、数组空间
数组的定义及初始化
定义一个空间
- 大小
- 读取方式
cpp
// m的作用域是在申请的时候
数据类型 数组名[m];
int a[100];数组vs.指针
- 数组名是常量，数组名不能再赋值
- 指针是变量，可以被重新赋值
2.2、字符空间及地址
（1）空间的赋值：逐一赋值
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
char a[10] = {'a', 'b', 'c', '\0'};
char b[10] = {"abc"};
char c[10] = "abc";
char *p = "abc";
printf("a = %s\n", a);
printf("b = %s\n", b);
printf("c = %s\n", c);
printf("p = %s\n", p);
return 0;
}输出
shell
a = abc
b = abc
c = adc
p = abc自动处理数组大小
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
char a[] = {'a', 'b', 'c', '\0'};
char b[] = {"abc"};
char c[] = "abc";
char *p = "abc";
printf("a = %s, sizeof(a) = %ld\n", a, sizeof(a));
printf("b = %s, sizeof(b) = %ld\n", b, sizeof(b));
printf("c = %s, sizeof(c) = %ld\n", c, sizeof(c));
printf("p = %s, sizeof(p) = %ld\n", p, sizeof(p));
return 0;
}输出
shell
a = abc, sizeof(a) = 4
b = abc, sizeof(b) = 4
c = abc, sizeof(c) = 4
p = abc, sizeof(p) = 8（2）修改字符串
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
char a[] = {'a', 'b', 'c', '\0'};
printf("before: a = %s\n", a);
// before: a = abc
// a = {'d', 'e', 'f', '\0'}; // 错误，数组不能重新赋值
a[0] = 'd';
a[1] = 'e';
a[2] = 'f';
a[3] = '\0';
printf("after: a = %s\n", a);
// after: a = def
return 0;
}（3）字符空间拷贝函数
声明
cpp
char *strcpy(char *dest, const char *src)
char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n)- 内存空间逐一赋值
- 特殊值
'\0'结束 - strcpy 会出现内存泄漏，推荐使用 strncpy
cpp
char buf[10] = "abc";
strcpy(buf, "hello world");示例
cpp
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char buf[20] = "";
printf("before: buf = %s\n", buf);
// before: buf =
strcpy(buf, "hello world");
printf("after: buf = %s\n", buf);
// after: buf = hello world
return 0;
}（4）非字符空间拷贝函数
字符空间: ASCII码 '\0' 结尾
非字符空间：0x00-0xFF
cpp
// string
char buffer[]
// data
unsigned char buffer[]示例：字符拷贝
cpp
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
char buf[20];
char src[] = "hello world";
// char *strcpy(char *dst, const char *src)
strcpy(buf, src);
printf("buf = %s\n", buf);
// buf = hello world
return 0;
}示例：非字符空间
cpp
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
unsigned char buf[20];
unsigned char src[] = "hello world";
// void *memcpy(void *dst, const void *src, size_t n)
memcpy(buf, src, 20 * sizeof(unsigned char));
printf("buf = %s\n", buf);
// buf = hello world
return 0;
}2.3、指针与数组
指针数组
cpp
char *a[];
char **a;2.4、多维数组
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
int a[5] = {0};
int b[5][6] = {0};
const int *p1 = a;
int (*p2)[6] = b;
printf("p1 = %d\n", *p1);
printf("p2 = %d\n", *(*p2));
return 0;
}3、结构体、共用体
3.1、定义、字节对齐
提升效率：空间换时间
示例：成员的类型不一样
cpp
#include <stdio.h>
struct Data {
char a; // 1
int b; // 4
};
int main() {
struct Data data;
printf("sizeof(data) = %lu\n", sizeof(data));
// sizeof(data) = 8
return 0;
}3.2、位域
示例：相同成员，位置不一样
cpp
#include <stdio.h>
struct Data1 {
char a; // 1
short b; // 2
int c; // 4
};
struct Data2 {
char a; // 1
int c; // 4
short b; // 2
};
int main() {
struct Data1 data1;
struct Data2 data2;
printf("sizeof(data1) = %lu\n", sizeof(data1));
printf("sizeof(data2) = %lu\n", sizeof(data2));
// sizeof(data1) = 8
// sizeof(data2) = 12
return 0;
}4、内存分布图
内存属性：
- 大小
- 位置
cpp
#include <stdio.h>
int a;
int main() {
int b;
printf("a = %p\n", &a);
printf("main = %p\n", main);
printf("b = %p\n", &b);
// a = 0x10403e000
// main = 0x10403cf30
// b = 0x7ff7bbec35c8
return 0;
}内存分布
shell
0xFFFFFFFF
------------
内核空间 应用程序不允许访问
------------ 3G
栈空间 局部变量 [read write]
----
堆空间 运行时 malloc [read write]
----
代码段
全局数据空间（初始化、未初始化）static [DATA、BSS]
只读数据段 字符串常量 [read only] [TEXT]
代码段 [read only] [TEXT]
------------
0x00000000macos下size查看各段大小
shell
size main
__TEXT __DATA __OBJC others dec hex
4096 4096 0 4294975488 4294983680 100004000main.c
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
printf("hello\n");
return 0;
}main.c
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
printf("hello world\n");
return 0;
}linux下两段代码输出的text数据相差6字节
shell
$ size ./a.out
text data bss dec hex filename
1220 548 4 1772 6ec ./a.out
$ size ./a.out
text data bss dec hex filename
1226 548 4 1778 6f2 ./a.out