C 语言编程基础

典型的个人计算机或工作站今天通常安装有 16 到 64 兆字节的 RAM。使用一种称为虚拟内存的技术，系统可以在机器硬盘上交换内存片段，为 CPU 制造一种拥有更多内存的错觉，例如 200 到 500 兆字节。虽然这种错觉对 CPU 来说是完整的，但有时会从用户的角度极大地降低速度。尽管有这个缺点，虚拟内存是一种以廉价方式“增加”机器 RAM 容量的极其有用的技术。为了本次讨论的目的，我们假设一台典型计算机的总内存空间为例如 50 兆字节（无论该内存是实内存还是虚拟内存）。

机器上的操作系统负责管理 50 兆字节的内存空间。操作系统以几种不同的方式使用该空间，如下所示。

这当然是一种理想化，但基本原则是正确的。如您所见，内存存储了机器上当前运行的不同应用程序的可执行代码，以及操作系统本身的可执行代码。每个应用程序都有一部分全局变量与其关联。这些变量也占用内存。最后，每个应用程序都使用一个名为堆栈的内存区域，该区域存储了任何函数使用的所有局部变量和参数。堆栈还记录了函数调用的顺序，以便函数正确返回。每次调用函数时，其局部变量和参数都会被“压入”堆栈。当函数返回时，这些局部变量和参数会被“弹出”。因此，程序的堆栈大小在程序运行时不断波动，但它有一个最大尺寸。

当程序完成执行时，操作系统会将其、其全局变量和堆栈空间从内存中卸载。新程序可以在稍后时间使用该空间。通过这种方式，计算机系统中的内存会随着程序的执行和完成而不断“回收”和重用。

通常，计算机总内存空间的大约 50% 在任何给定时刻都可能处于未使用状态。操作系统拥有并管理这些未使用的内存，它们统称为堆。堆非常重要，因为它可供应用程序在执行期间使用 C 函数 malloc（内存分配）和 free。堆允许程序在执行过程中精确地分配所需的内存，而不是通过特定大小的数组声明预分配。