主题一： Unix 内核与内存管理 ................................................................................................... 4
Unix 内存的三种分配方式 ..................................................................................................... 4
1.1.malloc/free 分配与释放方式 .................................................................................... 4
1.1.1. 函数说明 ........................................................................................................ 4
1.1.2. 函数例子 ........................................................................................................ 5
1.1.3. 试验 ............................................................................................................... 6
1.2.brk/sbrk 分配与释放方式 ......................................................................................... 7
1.2.1. 函数说明 ........................................................................................................ 7
1.2.2. 函数例子 ........................................................................................................ 7
1.2.3. 试验
### C/C++师资培训资料：Unix内核与内存管理
#### 一、Unix内存的三种分配方式
在探讨Unix下的内存管理之前，我们先要认识到内存管理对于C/C++编程的重要性。很多程序员在学习过程中可能会过分关注语法细节，而忽视了理解和掌握内存管理的核心概念。在C/C++中，内存管理主要是通过指针来实现的，因此深入理解内存管理机制对于提高编程技能至关重要。
#### 1.1 malloc/free 分配与释放方式
**1.1.1 函数说明**
- **malloc**: 这个函数用于动态分配内存。它接受一个参数 `size_t size`，表示要分配的字节数，并返回指向所分配内存的指针。如果分配失败，则返回 `NULL`。
```c
void* malloc(size_t size);
```
分配的内存并不会被初始化，因此需要手动清零或赋值。
- **free**: 用于释放由 `malloc` 或其他相关函数分配的内存。传入的参数是之前 `malloc` 返回的指针。
```c
void free(void* ptr);
```
如果提供的指针已经释放过，则函数会直接返回，不会导致错误。
- **calloc**: 类似于 `malloc`，但会将分配的内存清零。其参数为两个 `size_t` 类型的值，第一个参数表示数组的元素数量，第二个参数表示每个元素的大小。
```c
void* calloc(size_t nmemb, size_t size);
```
例如，要分配一个包含10个整数的数组，可以这样写：
```c
int* arr = (int*)calloc(10, sizeof(int));
```
- **realloc**: 用于调整之前分配的内存大小。它接受两个参数：已分配内存的指针和新的大小。
```c
void* realloc(void* ptr, size_t size);
```
当 `size` 为0时，相当于释放内存；当 `ptr` 为 `NULL` 时，相当于 `malloc`。
**1.1.2 函数例子**
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *arr;
int n = 10;
// 分配内存
arr = (int*)malloc(n * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
printf("内存分配失败!\n");
return -1;
}
// 初始化数组
for (int i = 0; i < n; i++) {
arr[i] = i;
}
// 打印数组
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
// 释放内存
free(arr);
return 0;
}
```
**1.1.3 试验**
为了更好地理解 `malloc` 和 `free` 的工作原理，可以通过编写简单的程序来进行实验。例如，创建一个程序，分配不同大小的内存块，并检查其内容是否为随机值，以及释放内存后的行为。
#### 1.2 brk/sbrk 分配与释放方式
**1.2.1 函数说明**
- **brk**: 设置程序数据段的结束位置，即程序可以访问的最大地址。该函数没有参数。
- **sbrk**: 用于扩展或缩小程序的数据段。它接受一个增量参数，表示增加或减少的字节数。返回一个指针，指向新分配的内存区域的起始位置。
**1.2.2 函数例子**
```c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main() {
char *start, *end;
start = sbrk(0); // 获取当前数据段的末尾地址
end = sbrk(1024); // 扩展1024字节
if (end == (void*)-1) {
perror("sbrk");
exit(1);
}
// 打印扩展的数据段的起始和结束地址
printf("Data segment expanded from %p to %p\n", start, end);
return 0;
}
```
**1.2.3 试验**
可以尝试修改 `sbrk` 的增量参数，观察程序的行为变化，以及在多次调用 `sbrk` 后内存的变化情况。
#### 1.3 mmap/munmap 分配与释放方式
接下来的部分将介绍 `mmap` 和 `munmap` 函数，它们提供了更高级的内存映射机制。这部分的内容将在后续章节中详细讨论。
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以上内容涵盖了C/C++中关于Unix内核与内存管理的基础知识点，包括 `malloc`/`free`、`brk`/`sbrk` 的基本概念、使用方法及示例代码。通过这些知识点的学习，可以帮助程序员更好地理解和掌握内存管理的核心技术，从而提升编程能力。
