C语言的堆

今天整理资料，偶然发现以前 down 的一些文章，都是我曾经非常关注的核心问题，现在看了仍旧有些收获。如果你是初入C/C++编程，并且勤于思考的话，相信这几个问题也会困扰着你。这篇文章不是我原创，原创是谁我也不知道（当时没有记录），我只是重新整理和验证。时间过去好几年了，这应该是我大一下学期找的资料（上英语听力课的时候）。向原创作者致谢和致歉！

堆是一种动态存储结构，实际上就是数据段中的自由存储区，它是 C 语言中使用的一种名称，常常用于动态数据的存储分配。堆中存入一数据，总是以 2 字节（WORD）的整数倍进行分配，地址向增加方向变动。堆可以不断进行分配直到没有堆空间为止，也可以随时进行释放、再分配，不存在次序问题。

所谓动态数组是指在程序运行期间确定其大小的，如常用到的动态数组，它们是在程序执行过程中动态进行变化的，即在程序开始部分没有说明大小，只有在程序运行期间用堆的分配函数为其分配存储空间，分配的大小可根据需要而定，这些数据使用过后，可释放它们占用的堆空间，并可进行再分配。堆和栈在使用时相向生长，栈向上生长，即向小地址方向生长，而堆向下增长，即向大地址方向，其间剩余部分是自由空间。使用过程中要防止增长过度而导致覆盖。

一般的程序我们都是使用小内存模式，它的内存分配如下：

 ________________
|     代码段     |
|---------------|
|     数据段     |
|---------------|
|     BSS段     |
|---------------|
|       堆      |
|---------------| 自由空间
|---------------|
|       栈      |
|---------------|
|      远堆     |
|---------------|
|_______________| 自由空间

在堆和栈之间、以及远堆地址的后面都是自由空间，总共是 64K。

函数：

1.得到堆和栈之间的自由空间大小的函数

小数据内存模式：unsigned coreleft(void);

大数据内存模式：unsigned long coreleft(void);

对于远堆，可以用farcoreleft()函数。

2.分配一个堆空间函数

void * malloc (unsigned size);

该函数将分配一个大小为size字节的堆空间，并返回一个指向这个空间的指针。由于这个指针是 void 型的，因此当将它赋给其他类型的指针时，必须对该指针进行强制类型转换。例如info是一个结构类型指针，即：

struct addr *info;

将由malloc()函数返回的指针赋给info时，必须进行类型转换：

info=(struct addr *)malloc (sizeof(record));

malloc()函数所分配的堆空间将不进行初始化。在调用malloc()函数时，若当时没有可用的内存空间，该函数便返回一个NULL指针。

3.分配一个堆空间，其大小为能容纳几个元素，没有元素长度为size的函数

void *calloc(unsigned n,unsigned size);

该函数将分配一个容量为n*size大小的堆空间，并用0初始化分配的空间。该函数将返回一个指向分配空间的指针，没有空间可用时，则返回一个NULL指针。

4.重新分配堆空间函数

void *realloc(void *ptr, unsigned newsize);

该函数将对由ptr指向的堆空间重新分配，大小变为 newsize。

5.释放堆空间函数

void free(void *ptr);

下面举一个关于堆和栈的综合例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void push(int);
int pop();

int *pi = NULL;
int *tos = NULL;

int main()
{
    int v;
    pi = (int *)malloc(50*sizeof(int));
    if(!pi)
    {
        printf("allocation failure\n");
        exit(0);
    }
    tos = pi;
    do
    {
        printf("please input value, push it;enter 0 then pop;(enter -1 then stop)\n");
        scanf("%d", &v);
        if(v!=0)
            push(v);
        else
            printf("pop this is it %d\n", pop());
    } while(v!=-1);

    free(tos);
}

void push(int i)
{
    pi++;
    if(pi==(tos+50))
    {
        printf("stack overflow\n");
        exit(0);
    }
    *pi = i;
}

int pop()
{
    if(pi==tos)
    {
        printf("stack underflow\n");
        exit(0);
    }
    pi--;
    return *(pi+1);
}

程序分配 100 字节的堆空间，转换成 int 型赋给 pi，当 pi 为NULL时，表示没有可用的空间了，则显示allocation failure。输入一个整数，压入栈中，当超过 50 时，则显示stack overflow.当输入 0 时，则把栈中的数据弹出。这个程序也演示了栈的后进先出的特点。