（一）操作系统内存管理

1.内存分布

        这是 32‑位程序总共 4GB 的虚拟内存分布图，地址由底部 0 向上至 4G。 最上方 1G 属于操作系统内核空间，我们用户代码不能操作。往下依次为栈区、堆区、数据区、文本区。

（1）栈区默认 8M：存放局部变量、函数参数，由系统自动申请释放；

（2）堆区：需要程序员使用malloc手动开辟、free手动释放；

（3）数据区分成三块：.data 存放初始化完毕的全局、静态变量；.bss 存放未初始化全局静态变量；字符串常量区存放双引号字符串；

（4）文本区：用来储存程序代码、字面常量。

简单总结：栈系统自动管理、堆程序员手动管控，全局变量放数据段，程序代码存放在文本段。

2.堆和栈的区别

（1）栈区：

• 栈区用来保存局部变量、函数的形参返回值、及函数调用时的保护现场
• 栈区由操作系统自动管理
• 栈区默认大小为8M， 比堆区空间小
• 栈的访问效率要比堆的访问效率高

（2）堆区：

• 堆区由开发人员手动申请和释放，使用完时及时释放，否则造成内存泄露。
• 堆区空间比栈空间大，访问效率相对较低。

1）堆区空间使用场景

• 在函数中开辟的空间，希望随着函数结束，该空间任然存在，可以去堆上开辟。

• 当需要的空间比较大时，可以去堆上开辟，栈区空间有限，默认8M。

2）堆区空间使用（动态内存分配）

void *malloc(size_t size);
功能：向堆区申请内存空间
参数：
    size：申请的空间字节数
返回值：
    成功：返回申请到的空间首地址
    失败：NULL
    
void free(void *ptr);
功能：释放申请的堆区空间
参数：
   ptr：申请到的堆区的空间首地址。
     
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);
功能：向堆区申请数组空间，并清空成0
参数：
    nmemb：申请的数组的元素个数
    size：数组中的每个元素占的字节数
返回值：
    成功：返回申请到的空间首地址
    失败：NULL

示例：

	int *p = malloc(4);
	if (NULL == p)
	{
		printf("malloc error\n");
		return 0;
	}	
	*p = 10;
	printf("*p = %d\n", *p);
	free(p);
	
	struct stu *ps = malloc(sizeof(struct stu));
	if (NULL == ps)
	{
		printf("malloc error\n");
		return 0;
	}
	//ps->name = "zhangsan";  错
	
	strcpy(ps->name, "zhangsan");
	ps->age = 10;
	ps->score = 100;
	printf("%s %d %d\n", ps->name, ps->age, ps->score);
	free(ps);
	
	char *pstr = malloc(100);
	if (NULL == pstr)
	{
		printf("malloc error\n");
		return 0;
	}
	strcpy(pstr, "hello world");	
	printf("pstr->%s\n", pstr);
	free(pstr);

3）内存泄露

• 内存泄漏：程序运行过程中，堆区申请的空间在使用完没有释放，则造成内存泄露。
• 避免内存泄露：堆区申请的空间使用完，及时使用free()进行释放。

动态数组：

	int *pa = malloc(ARRAY_LEN*sizeof(int));
	if (NULL == pa)
	{
		printf("malloc error\n");
		return 0;
	}
	
	for (int i = 0; i < ARRAY_LEN; ++i)
	{
		pa[i] = i;
	}

	for (int i = 0; i < ARRAY_LEN; ++i)
	{
		printf("%d ", pa[i]);
	}
	printf("\n");

（二）位运算

1.位运算符

&  按位与      全1为1,遇0则0      (&& 逻辑与)
|  按位或        全0为0,遇1则1
^  按位异或   同0异1
~  按位取反   1->0,0->1        单目运算符
<< 按位左移
>> 按位右移

示例：

15 & 3 = 3
15 | 3 = 15
15 ^ 3 = 12
~ 15 = -16           (~n = -(n+1))
<< 按位左移，低位补0    (num<<n <===> num*2^n)
>> 按位右移，有符号数高位补符号位，无符号数高位补0  (num>>n <===> num/2^n)

过程：
15:   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
3:     0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011

&:     0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
|:      0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
^:     0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100
~15:  1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000（负数补码）只看后四位
      减1:1110 1111
      取反：1001 0000
9:       0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
9<<3: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 1000 -->72==>9*2^3
9>>3: 000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1 -->1

2.位运算的使用

1）指定第n位置1

num = num | 1 << n;

0000 0000 ---> 0000 1000如下：
              0000 0001 << 3  -->  0000 1000
1010 1000  |  0000 1000 ==> 1010 1000

2）指定第n位清0

num = num  & ~（1 << n）;

1010 1010 ---> 1010 0010
1010 1010 & 1111 0111
1111 0111 <==> ~0000 1000 <==> ~(1 << 3)
例：
0011 1100 1010 1010    对第10、11位清0
num & ~(1<<10) & ~(1<<11)

注意：这个n是从0开始数

3）两数交换

a ^ a == 0

a ^ 0 == a

a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;
过程：
b = (a ^ b) ^ b = a ^ b ^ b = a ^ (b ^ B) = a ^ 0 = a;
a = a ^ b = a ^ b ^ a = 0 ^ b = b;

中间变量：

int  a,b,tmp = 0;

tmp = a;

a = b;

b = tmp;

引申：两数交换（求和方式）:

a = a + b;

b = a - b;     =====>a+b-b  =  a

a = a - b;     =====>a+b-b  =   a+b-a

3.运算符的优先级

高--->低：   ~  <<  >>  &  ^  |  

（三）程序调试方法

1.打印调试

程序运行过程中打印输出：
num;
printf("num = %d\n",num);

2.gdb调试工具

gnu组织提供的Linux下的代码调试工具

- 使用gdb单步调试逻辑错误
- 使用gdb调试段错误

r全速运行，where 定位段错误的位置

• 使用流程：

（1）编译程序：-g选项：允许使用gdb进行调试

gcc main.c -g

（2）使用gdb调试程序

gdb ./可执行程序     即 gdb ./a.out

（3）gdb指令

l                    列出源代码

b  行号         在指定行打断点

r                    运行程序

p  变量名      查看变量的值

n                    执行下一行代码

q                   退出gdb    quit

s                    跟进一个函数