内存管理、位运算

1.操作系统内存管理

内存分区（4G虚拟地址空间）

分区	说明
内核空间	操作系统内核使用，应用程序不能直接访问
栈区	保存局部变量、函数形参、返回值、函数调用保护现场；操作系统自动管理；默认大小8M，空间小，访问效率高，函数执行结束自动回收空间
堆区	开发者手动申请、手动释放；空间大，访问效率低于栈；如果申请后不释放会产生内存泄漏
数据区	.data段：存放已初始化全局变量、static静态变量 .bss段：存放未初始化全局变量、static静态变量，系统自动默认清0 字符常量区：存放字符串常量，只读
文本区	存放程序代码指令，只读

堆区与栈区对比

1. 栈区：系统自动分配回收；空间小（默认8M）；效率高；函数结束自动释放；不能手动控制生命周期。
2. 堆区：程序员手动malloc/calloc申请、free释放；空间大；效率略低；函数结束不会自动释放，忘记释放造成内存泄漏。

堆区动态内存分配函数

头文件：#include <stdlib.h>

1. malloc

void *malloc(size_t size);

• 功能：向堆内存申请size字节大小的空间
• 参数：size 需要申请的字节数
• 返回值：成功返回堆空间首地址；申请失败返回NULL

⚠️申请完必须判断返回值是否为NULL，防止空指针访问。

2. free

void free(void *ptr);

• 功能：释放堆上申请的内存
• 参数：malloc/calloc得到的堆空间首地址

注意：不要重复free、不要free栈上变量地址；释放之后建议把指针置NULL，避免野指针。

3. calloc

void *calloc( size_t nmemb , size_t size );

• 功能：申请nmemb个元素，每个元素占size字节；申请后内存自动初始化为0
• 参数：nmemb元素个数；size单个元素字节大小
• 返回值：成功返回首地址，失败返回NULL

内存泄漏：堆区申请的内存，使用完毕没有调用free释放；程序运行时间越长内存占用越高。

动态数组示例

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;
}
free(pa);
pa = NULL;

什么时候使用堆内存：
①函数内开辟的空间，希望函数结束之后内存仍然有效；
②需要开辟很大内存，栈空间不足。

2.位运算

位运算直接操作二进制bit位，运算效率很高；操作数只能是整型（char/short/int/long），浮点不能做位运算。

运算符	名称	运算规则
&	按位与	全1为1，有0则0
`	`	按位或
^	按位异或	相同为0，相异为1
~	按位取反	1变0，0变1（单目运算符）
<<	按位左移	整体向左移动n位，低位补0；num << n等价 $num\ast 2^n$
>>	按位右移	整体向右移动n位；有符号数高位补符号位，无符号数高位补0；num >> n等价 $num/2^n$

常用位运算场景

1. 将指定第n位置1：num |= (1 << n);
2. 将指定第n位清0：num &= ~(1 << n);
3. 判断第n位是否为1：if(num & (1 << n))
4. 不使用中间变量交换两个数（异或特性）

a ^= b;
b ^= a;
a ^= b;

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补充小知识点

1. 左移不要移动负数位、不要超过数据本身总bit位数，结果未定义。
2. 有符号数右移是算术右移，高位补符号；无符号数是逻辑右移，高位补0。