3.内存管理&编程题（20道）
3.1由gcc编译的C语言程序占用的内存分为哪几个部分？
| 栈区(stack) | 存放函数的参数、局部变量。 |
| 堆区(heap) | 提供程序员动态申请的内存空间。 |
| 全局（静态）区(static) | 存放全局变量和静态变量，初始化不为0的全局变量和静态变量、const型常量在一块区域（.data段），未初始化的、初始化为0的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域（.bss段）。 |
| 程序代码区 | 存放函数体的二进制代码和字符串常量。 |
如何判读一个系统的大小端存储模式？
（1）方法一：int *强制类型转换为char *，用“[]”解引用
void checkCpuMode(void)
{
int c = 0x12345678;
char *p = (char *)&c;
if(p[0] == 0x12)
printf("Big endian.\n");
else if(p[0] == 0x78)
printf("Little endian.\n");
else
printf("Uncertain.\n");
} （2）方法二：int *强制类型转换为char *，用“*”解引用
void checkCpuMode(void)
{
int c = 0x12345678;
char *p = (char *)&c;
if(*p == 0x12)
printf("Big endian.\n");
else if(*p == 0x78)
printf("Little endian.\n");
else
printf("Uncertain.\n");
} （3）方法三：包含short跟char的共用体
void checkCpuMode(void)
{
union Data
{
short a;
char b[sizeof(short)];
}data;
data.a = 0x1234;
if(data.b[0] == 0x12)
printf("Big endian.\n");
else if(data.b[0] == 0x34)
printf("Little endian.\n");
else
printf("uncertain.\n");
}
3.3全局变量和局部变量的区别？
（1）全局变量储存在静态区，进入main函数之前就被创建，生命周期为整个源程序。
（2）局部变量在栈中分配，在函数被调用时才被创建，在函数退出时销毁，生命周期为函数内。
3.4以下程序中，主函数能否成功申请到内存空间？
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
void getmemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
strcpy(p, "hello world");
}
int main()
{
char *str = NULL;
getmemory(str);
printf("%s\n", str);
free(str);
return 0;
} 答案：不能。
解读：getmemory(str)没能改变str的值，因为传递给子函数的只是str的复制值NULL，main函数中的str一直都是 NULL。正确的getmemory()如下：
①传递的是二重指针，即str的指针
void getmemory(char **p)
{
*p = (char *)malloc(100);
strcpy(*p, "hello world");
}
②传递的是指针别名，即str的别名，C++中
void getmemory(char * &p)
{
p = (char *)malloc(100);
strcpy(p, "hello world");
} void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf("%s\n", str);
} 答案：内存泄漏。
解读：调用malloc()申请内存空间，使用完毕之后没有调用free()释放内存空间并使指针指向NULL。
3.6 请问运行下面的Test()函数会有什么样的后果？
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf("%s\n", str);
} 答案：打印野指针内容，可能是乱码。
解读：GetMemory()返回的是指向栈内存的指针，但该栈内存已被释放，该指针的地址不是 NULL，成为野指针，新内容不可知。
3.7 请问运行下面的Test()函数会有什么样的后果？
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str,"hello");
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf("%s\n", str);
}
} 答案：篡改堆区野指针指向的内容，后果难以预料，非常危险。
解读：
（1）free(str);之后，str成为野指针，没有置为NULL，if(str != NULL)语句不能阻止篡改操作。
（2）野指针不是NULL指针，是指向被释放的或者访问受限的内存的指针。
（3）造成野指针原因：①指针变量没有被初始化，任何刚创建的指针不会自动成为NULL；②指针被free或delete之后，没有置NULL；③指针操作超越了变量的作用范围，比如要返回指向栈内存的指针或引用，因为栈内存在函数结束时会被释放。
3.8在C语言中memcpy和memmove是一样的吗？
答案：
（1）memcpy()与memmove()一样都是用来拷贝src所指向内存内容前n个字节到dest所指的地址上。
（2）不同的是，当src和dest所指的内存区域重叠时，memcpy可能无法正确处理，而memmove()仍然可以正确处理，不过执行效率上略慢些。
解读：
（1）memcpy()无论什么情况下，都是从前往后拷贝内存。当源地址在前，目的地址在后，且两个区域有重叠时，会造成拷贝错误，达不到理想中的效果。
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count)
{
if(dest == NULL || src == NULL || count <= 0) return NULL;
char *d = (char *)dest;
char *s = (char *)src;
while(count--)
{
*d++ = *s++;
}
return dest;
} （2）memmove()则分两种情况：目的地址在前，源地址在后的情况下，从前往后拷贝内容。否则从后往前拷贝内容。无论什么情况都能达到理想中的效果。
void *memmove(void *dest, const void *src, size_t count)
{
if(dest == NULL || src == NULL || count <= 0) return NULL;
if(dest < src)
{
char *d = (char *)dest;
char *s = (char *)src;
while (count--)
{
*d++ = *s++;
}
}
else
{
char *d = (char *)dest + count;
char *s = (char *)src + count;
while (count--)
{
*--d = *--s;
}
}
return dest;
}
（1）malloc函数的底层实现是操作系统有一个由可用内存块连接成的空闲链表。调用malloc时，它将遍历该链表寻找足够大的内存空间，将该块一分为二（一块与用户申请的大小相等，另一块为剩下来的碎片，会返回链表），调用free函数时，内存块重新连接回链表。
3.10在1G内存的计算机中能否通过malloc申请大于1G的内存？为什么？
（1）可以。
（2）因为malloc函数是在程序的虚拟地址空间申请的内存，与物理内存没有直接的关系。虚拟地址与物理地址之间的映射是由操作系统完成的，操作系统可通过虚拟内存技术扩大内存。
3.11内存泄漏是什么？
（1）内存泄漏（Memory Leak）是指程序中已动态分配的堆内存由于某种原因未释放或无法释放，造成系统内存的浪费，导致程序运行速度减慢甚至系统崩溃等严重后果。
（2）分类：
①常发性内存泄漏：发生泄漏的代码会被多次执行到。
②偶发性内存泄漏：发生泄漏的代码在某些环境或操作下才会发生。
③一次性内存泄漏：只会被执行一次。
④隐式内存泄漏：程序在运行过程中不停地分配内存，直到结束时才释放。严格来讲这不算内存泄漏，但服务器运行时间很长，可能会耗尽所有内存。
3.12内存溢出是什么？与内存泄漏有何关系？
（1）内存溢出（Out Of Memory）是指应用系统中存在无法回收的内存或使用的内存过多，最终使得程序运行要用到的内存大于系统能提供的最大内存。此时程序无法运行，系统提示内存溢出。有时候会自动关闭软件。
（2）造成内存溢出的原因：
①内存泄漏的堆积最终导致内存溢出。
②需要保存多个耗用内存过大的对象或加载单个超大的对象时，其大小超过了当前剩余的可用内存空间。
3.13堆栈溢出一般是由什么原因导致的？
（1）堆栈溢出一般包括堆内存溢出和栈内存溢出，两者都属于缓冲区溢出。
（2）堆内存溢出可能是堆的尺寸设置得过小/动态申请的内存没有释放。
（3）栈内存溢出可能是栈的尺寸设置得过小/递归层次太深/函数调用层次过深/分配了过大的局部变量。
3.14内存溢出和内存越界的区别？
（1）内存溢出：要求分配的内存超出了系统所能给予的，于是产生溢出。
（2）内存越界：向系统申请了一块内存，而在使用时超出了申请的范围，常见的是数组访问越界。
3.15位翻转
思路：目标数初始化为0，用&0x01的方式获得原始数的第1位，然后左移7位再与目标数按位或，接着原始数右移一位；再用&0x01的方式获得原始数的第2位，然后左移6位……如此循环8次即可。最后返回目标数。
代码：
unsigned char bit_reverse(unsigned char input)
{
unsigned char result = 0;
int bit = 8;
while(bit--)
{
result |= ((input & 0x01) << bit);
input >>= 1;
}
return result;
}
思路：双指针法，两个指针，一个指向字符串开头，另一个指向字符串结尾，相互交换指向的内容，接着头指针前进，尾指针后退，交换内容……直到两指针相遇。
代码：
#include<string.h>
void inverted_order(char *p)
{
char *s1, *s2, tem;
s1 = p;
s2 = s1 + strlen(p) - 1;
while(s1 < s2)
{
tem = *s1;
*s1 = *s2;
*s2 = tem;
s1++;
s2--;
}
}
3.17找出一个字符串中一个最长的连续数字，并标注出位置和长度。
思路：指针法，指针从字符串开头开始寻找数字，若找到数字，则暂时记下位置，接着不断指向下一个字符，看连续的数字有多长，直到遇到非数字字符，然后比较长度是否比上一个连续数字长，若是则记录位置跟长度，接着寻找下一个数字，直到字符串结尾。最后返回最长的连续数字的位置和长度。
char *find(char *a, int *size)
{
char *in = a, *temp,*pos;
int count = 0, max = 0;
while(*in != '\0')
{
if(*in >= '0' && *in <= '9') // 寻找数字
{
temp = in;
while(*in >= '0' && *in <= '9') // 判断长度
{
count += 1;
in++;
}
if(count > max) // 记录最长连续数字的位置跟长度
{
pos = temp;
max = count;
}
count = 0;
}
in++;
}
*size = max;
return pos;
} 思路：
（1）质数是指大于1的自然数中，除了1和它本身不再有其他因数的自然数。一个大于1的自然数不是质数就是合数，因此可以将问题转换为判断合数。
（2）合数一定可以由两个自然数相乘得到，一个小于或等于它的平方根（大于1），另一个大于或等于它的平方根。因此可以判断“2 ~ 输入参数的平方根”中是否有能被输入参数整除的数，若有则该数是合数，若没有则该数是质数。
代码：
int IsPrime (unsigned int p)
{
unsigned int i;
if(p <= 1)
{
printf("请输入大于1的自然数。\n");
return -1;
}
for(i = 2; i <= sqrt(p); i++)
{
if(p % i == 0)
{
printf("该数不是质数。\n"); // 是合数
return 0;
}
}
printf("该数是质数。\n");
return 0;
}
3.19大小端转化：对一个输入的整型数进行大小端存储模式转化
思路：大小端转化就是将一个整型数的低字节放到高字节，高字节放到低字节，跟前面的位翻转类似，只不过这里的单位是字节，因此需要将位翻转中的&0x01改为&0xFF，<< bit改为size * 8，>>= 1改为 >> 8。
代码：
int endian_convert(int input)
{
int result = 0;
int size = sizeof(input);
while(size--)
{
result |= ((input & 0xFF) << (size * 8));
input >>= 8;
}
return result;
} 
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