上一篇我們分享了棧內存的概念，現在我們分享下堆內存的概念。

在一般的編譯系統中，堆內存的分配方向和棧內存是相反的。當棧內存從高地址向低地址增長的時候，堆內存從低地址向高地址分配。

在C語言中，堆內存在分配和釋放的時候，是程序通過調用C語言的庫函數完成的。這和棧內存的分配有區別，棧內存利用的是處理器的硬件機制，而堆內存的處理使用的是庫函數。

我們來看下堆內存的分配情況：

在堆內存的分配過程中，每次分配將返回一個當前分配地址的指針。在程序中如果多次分配內存，可以得到多個內存指針，每個內存指針都是本次分配內存的地址。在釋放內存的時候，只需要對每個指針進行操作，那個指針所指向的內存就會被釋放，而對其他的內存區域沒有影響。

從內存的分配和使用上，可以看出棧內存和堆內存的區別：棧內存只有一個入口點，就是棧指針，棧內存壓入和彈出的時候棧指針將發生變化，棧指針標識當前棧區域中已使用和未使用的界限，程序在訪問棧內存的時候都只能通過棧指針及其偏移量；而堆內存有多個入口點，每次分配得到的指針是訪問內存的入口，每個分配內存區域都可以被單獨釋放，程序對堆內存可以通過每次分配得到的指針訪問。

堆內存有一個整體分配的過程，按照向上的堆內存分配方向。隨著堆內存使用量的增加，堆內存將逐漸向高地址分配。這只是一個大體的增長的方面，在堆內存中，已使用的區域和未使用的區域是交錯的，而不是像棧區域那樣有明顯的分界線。

堆內存的釋放看下面這個圖：

看到這樣頻繁的使用區域和釋放，那么很容易看出堆內存是不連續的，跟堆內存的使用方式有關系，這個分配就相對自由靈活了，但是也是會在低地址向高地址發展的方向分配的。

比如上面釋放后再分配就可以是下面兩種情況：

先看再次分配1的情況：當新分配的需求比中間（剛剛釋放）區域小，那么就會在緊接著的區域給分配。

再看再次分配2的情況：當新分配的需求比中間（釋放的）區域大，那么只能往后尋求能給的區域。

當頻繁的分配和釋放內存的過程中，會很容易出現在兩塊已經分配的內存之間較小的未分配內存區域，這些其實可以用，但是由于他們的空間比較小，不夠連續內存的分配，所以分配的時候就很難再次使用，這些較小的內存就是我們常說的內存碎片。

我們再來聊一下在C程序中堆空間的使用。

在C語言中，堆內存區域的分配和釋放是通過調用庫函數來完成的，實現的函數主要有四個：

void *malloc(size_t size); //分配內存空間

void free(void *ptr); //釋放內存空間

void *calloc(size_t nmemb,size_t size); //分配內存空間

void *realloc(void * ptr,size_t size); //重新分配內存空間

注意：使用上面這幾個函數需要包含標準庫文件

那么庫函數怎么使用呢，內存分配了就要有釋放，那么常用的就是malloc()和free()兩個函數。malloc()函數的輸入是需要分配內存的大小，輸出是分配內存的指針。如果分配不成功，則返回NULL。

free()函數的輸入是需要釋放的指針，可以接受任何形式的指針。這個指針必須是由分配函數分配出來的。

例如：

int *pa;

pa = (int *)malloc(sizeof(int));//分配一個int大小的指針

if(NULL != pa)

{

free(pa);

}

內存使用完成需要釋放，以便分配給其他程序使用。

calloc()也是內存分配的，只是可以把分配好的內存區域的初始值全部設置為0。還有這個分配內存有兩個參數，第一個是分配單元的大小，第二個是要分配的數目。

malloc(sizeof(unsigned int)*10); == calloc(sizeof(unsigned int),10)

realloc()有兩個參數，一個是指向內存的地址指針，一個是要重分配內存的大小，返回值是指向所分配內存的指針。

1、當參數指針為NULL的時候，作為malloc使用，分配內存。

2、當重分配內存大小為0的時候，作為free使用，釋放內存。

3、當指針和重分配內存大小均不為0的時候，根據指針指向的堆內存區域的情況和指針大小重新分配內存。

對于realloc()作為重新分配內存的時候，有三種可能出現：

1、縮小內存

2、擴大內存，不需要移動指針

3、擴大內存，需要移動指針（指定內存區域大小不夠）

在堆內存的管理上，主要容易出現以下幾個問題：

1、開辟的內存沒有釋放，造成內存泄漏（系統不會釋放任何用戶分配的內存）

2、野指針被使用或釋放（內存釋放后，需要將內存指針置為NULL）

3、非法釋放指針（分配了有效內存才存在釋放，否則是非法的）

在C語言語法的方面對棧內存和堆內存如何使用沒有限制。然后從使用的角度，棧內存更適用于容量較小的單個變量（例如：C語言的基本變量類型、較小的結構體和數組），堆內存則適用于開辟較大塊的內存。棧內存由編譯器分配和釋放，堆內存由程序員分配和釋放。

責任編輯：lq6