linux高级编程 - 前言&内存管理

心已赠人 2022-06-09 10:37 151阅读 0赞

> 杨强 linux高级编程 day01 am

*  程序员的基本素养：进程管理、内存管理、文件系统管理、IO、（设备驱动）
 *  应用：数据库、网络、UI、openGL、shell等等
 *  内存管理  
    层次：  
    1. 硬件层次：内存结构管理（段页管理）  
    2. 内核层次：内存映射、堆扩展  
    3. 语言层次：c语言 malloc c++：new  
    4. 数据结构层次：STL、智能指针
 *  STL内存托管存在的问题：
    
     *  对多线程的支持存在问题
     *  对共享内存存在问题
 *  格式控制符“%p”中的p是pointer（指针）的缩写。  
    指针的值是语言实现（编译程序）相关的，但几乎所有实现中，指针的值都是一个表示地址空间中某个存储器单元的整数。printf函数族中对于%p一般以十六进制整数方式输出指针的值，附加前缀0x。
 *  程序示例1

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    main()
    {
        int *p1 = malloc(4);
        int *p2 = malloc(4);
        int *p3 = malloc(4);
        int *p4 = malloc(4);
        int *p5 = malloc(4);
        int *p6 = malloc(4);
        printf("%p\n", p1);
        printf("%p\n", p2);
        printf("%p\n", p3);
        printf("%p\n", p4);
        printf("%p\n", p5);
        printf("%p\n", p6);
    }

输出：  
0x234e010  
0x234e030  
0x234e050  
0x234e070  
0x234e090  
0x234e0b0

**问题：我们malloc分配的是4个字节，为什么结果是16个字节？**

> 参考  
> [关于C语言的malloc函数以及内存泄漏的问题][C_malloc]  
> [malloc 函数详解][malloc]

malloc的原型：（void *）malloc（int size） 
    malloc函数的返回值是一个void类型的指针，参数为int类型的数据，即申请分配的内存大小，单位是字节。内存分配成功之后，malloc函数返回这块内存的首地址，你需要一个指针来接受这个地址

内存越界将会出现的严重问题！！

> 内存越界分析与解决办法  
> [http://blog.csdn.net/jaymade/article/details/6589566][http_blog.csdn.net_jaymade_article_details_6589566]

*  改为 c++

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int main()
    {
        int *p1 = new int;
        int *p2 = new int;
        int *p3 = new int;
        int *p4 = new int;
        int *p5 = new int;
        printf("%p\n", p1);
        printf("%p\n", p2);
        printf("%p\n", p3);
        printf("%p\n", p4);
        printf("%p\n", p5);
    
        return 0;
    }

输出：
    0x2299c20
    0x2299c40
    0x2299c60
    0x2299c80
    0x2299ca0

*  问题：  
    malloc怎么分配空间？  
    malloc与new的关系？
 *  Linux对内容的描述  
    /proc/$\{pid\}/ 存放进程运行时所有的信息
 *  一个小程序

main(){
        while(1);
    }

![这里写图片描述][SouthEast]

![这里写图片描述][SouthEast 1]

![这里写图片描述][SouthEast 2]

整个程序运行的内存结构  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

**结论**  
任何程序的内存空间分成4个基本部分  
1. 代码区 （地址基本是固定的）  
2. 全局栈区  
3. 堆  
4. 局部栈

*  程序加载器 ld-linux.so.2

![这里写图片描述][SouthEast 4]

> 深入理解LINUX下动态库链接器/加载器ld-linux.so.2  
> [http://blog.csdn.net/elfprincexu/article/details/51701242][http_blog.csdn.net_elfprincexu_article_details_51701242]

所以要执行程序，也可以通过

/lib/ld-linux.so ./test
    # 我在ubuntu上是 
    # /l/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 ./test

*  程序示例

#include <stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<unistd.h>
    
    int add(int a, int b){
        return a+b;
    }
    int a1 = 1;
    static int a2 = 2;
    const int a3 = 3;
    
    main(){
        int b1 = 4;
        static int b2 = 5;
        const int b3 = 6;
    
        int *p1 = malloc(4);
        printf("a1: %p\n", &a1);
        printf("a2: %p\n", &a2);
        printf("a3: %p\n", &a3);
        printf("b1: %p\n", &b1);
        printf("b2: %p\n", &b2);
        printf("b3: %p\n", &b3);
        printf("p1: %p\n", &p1);
        printf("main: %p\n", main);
        printf("add: %p\n", add);
    
        printf("%d\n", getpid());
        while(1);
    }

结果  
![这里写图片描述][SouthEast 5]

各个变量的地址  
![这里写图片描述][SouthEast 6]

**结论**

1. 内存分4个区
    2. 各种变量有对应的存放区
    3. 堆栈是一种管理内存的数据结构

*  理解malloc的工作原理  
    malloc使用一个数据结构（链表）维护分配空间  
    链表的构成：分配的空间/上一个空间/下一个空间/空间大小等信息  
    对malloc分配的空间不要越界访问，因为容易破坏后台维护结构，导致malloc/free/calloc/realloc不正常工作
 *  C++的 new 与 malloc 的关系  
    malloc new new\[\]  
    realloc ??  
    calloc ??  
    free delete delete\[\]?
    
    **结论**：new的实现使用的是malloc来实现的。
    
     *  区别：new使用malloc后，还要初始化空间
        
         *  基本类型：直接初始化成默认值
         *  UDT类型（结构体等用户自定义类型）：调用构造器
     *  delete通过调用free实现：delete负责调用析构函数，然后再调用free
     *  new与new\[\]的区别：new只调用一个构造器，new\[\] 会循环地对每个区域调用构造器
     *  delete与delete\[\]的区别
 *  函数调用栈空间的分配与释放

[C_malloc]: http://blog.csdn.net/qq_26501341/article/details/57075502
[malloc]: http://www.cnblogs.com/Commence/p/5785912.html
[http_blog.csdn.net_jaymade_article_details_6589566]: http://blog.csdn.net/jaymade/article/details/6589566
[SouthEast]: /images/20220609/57f9ceb9e8e14a1d96ef9f46b7b1ec1e.png
[SouthEast 1]: /images/20220609/1ff9cb546d1841328811aa8e8eeb4ed2.png
[SouthEast 2]: /images/20220609/36162e8b64384b4c8771b0e7b3cfa881.png
[SouthEast 3]: /images/20220609/7f0aa519030b422ca07cd44741c50bf0.png
[SouthEast 4]: /images/20220609/f2545d445aa9434883260df26fef350a.png
[http_blog.csdn.net_elfprincexu_article_details_51701242]: http://blog.csdn.net/elfprincexu/article/details/51701242
[SouthEast 5]: /images/20220609/54bcdaab09324c74a4ec1228107d6dd5.png
[SouthEast 6]: /images/20220609/6043acb045914b4887f07787b133912e.png