Модель памяти в языке Си

Модель памяти в языке Си — система хранения объектов в языке Си.^[1]

Способ хранения объекта в языке Си определяет его время жизни — часть времени выполнения программы, во время которого объект существует или для него зарезервировано место. Объект имеет постоянный адрес и сохраняет своё последнее значение. Запрещается обращаться к объекту, который перестал существовать, при этом, если при работе с объектом использовался указатель, его значение остаётся неопределённым.

Существует три способа хранения объектов: автоматический, статический и динамический.^[1]

Свойство	Автоматический тип	Статический тип	Динамический тип
Объявление	Объект без связывания и без static	Имеет внутреннее или внешние связывание или объявлен с квалификатором static	Выделен с помощью malloc
Время существования	Блок, в котором объявлен объект	Всё время выполнения программы	От вызова malloc до вызова free
Инициализация	Отсутствует в случае отсутствия явной инициализации	Происходит один раз до запуска программы	Частично в случае calloc
Размер	Любой, неизменяемый	Фиксированный, неизменяемый	Любой, изменяемый

Статический объект можно инициализировать явно, либо использовать умалчиваемую инициализацию.

При использовании функции calloc все объекты имеют нулевое значение кроме чисел с плавающей запятой и указателей.^[2]

Выражения, не являющиеся lvalue, связанные с обращением к массиву, являющегося членом структуры (struct) или объединения (union) имеют время существования, ограниченное оценкой такого выражения.^[1]

Си-строки, которыми инициализируются указатели char*, имеют статический тип хранения и не должны изменяться.^[3]

Динамическая память

Ни один объект не может находиться в динамической памяти без явного указания программиста. Для работы с динамической памятью существуют функции malloc, calloc, realloc и free. Поскольку функции, выделяющие память, принимают размер в переменной типа size_t, максимальный объём выделяемой памяти ограничен SIZE_T_MAX.^[1]

Функции malloc и calloc выделяют память, которая после использования должна быть освобождена с помощью вызова free. После освобождения значение указателя остаётся неопределённым. Функция realloc возвращает указатель на изменённый блок памяти, если запрос не может быть удовлетворён, размер блока памяти не изменяется.^[1]

#include <stdlib.h>
 
void foo (void *ptr, size_t size)
{
   ptr = realloc (ptr, size+128); /* утечка памяти, если realloc вернёт NULL */
   if (!ptr)
   {
     ...
   }
}

При работе с динамической памятью возможны утечки памяти и ошибки двойного освобождения блока.

Пример

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
static int x; /* 0 по умолчанию, существует всё время выполнения */
static int y=45; /* 45, существует всё время выполнения */
 
int main (void)
{
        char arr[50] = "This is object of automatic storage duration";
        char *line = "Simple line"; /* имеет статический тип, существует весь период выполнения программы*/
        int y; /* значение не определено, существует до выхода из main*/
        int z=10; /* значение определено, существует до выхода из main*/
        char *ptr;
        ptr = malloc (50); /* значение не определено, существует до вызова free */
        strcpy (ptr, arr);
        free (ptr);
        return 0;
}

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4 5} ISO/IEC 9899:1999. 6.2.4
2. ↑ ISO/IEC 9899:1999 7.20.3
3. ↑ C Faq