了解内存分配，测试程序崩溃

Question

我即将读完 K&R，这就是我所知道的所有 C。我所有的编译都是使用 MinGW 从 Windows 命令行完成的，而且我不了解高级调试方法（因此下面的第二个程序中的“ghetto debug”注释）。

我正在尝试制作一些小型测试程序，以帮助我更好地了解内存分配的工作原理。这些前几个程序不使用 malloc 或 free，我只是想看看如何为函数本地的标准数组分配和取消分配内存。这个想法是我观察我正在运行的进程 RAM 使用情况，看看它是否与我理解的相符。对于下面的第一个程序，它确实按我的预期工作。 alloc_one_meg() 函数分配并初始化 250,000 个 4 字节整数，但该 MB 会在函数返回后立即释放。因此，如果我连续调用该函数 1000000 次，我永远不会看到我的 RAM 使用量超过 1MB。而且，它有效。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void alloc_one_meg() {
    int megabyte[250000];
    int i;
    for (i=0; i<250000; i++) {
        megabyte[i] = rand();
    }
}

main()
{
    int i;
    for (i=0; i<1000000; i++) {
        alloc_one_meg();
    }
}

对于下面的第二个程序，其想法是不允许函数退出，同时运行同一函数的 1000 个副本，这是我通过递归实现的。我的理论是，该程序在递归完成后将其全部释放之前会消耗 1GB 的 RAM。但是，它没有通过递归的第二个循环（请参阅我的 ghetto 调试评论）。该程序崩溃，并显示一条非常不具信息性的（对我而言）消息（Windows 弹出窗口说 ____.exe 遇到问题）。通常我总是可以用我的 ghetto 调试方法弄清事情的真相……但它在这里不起作用。我难住了。这段代码有什么问题？谢谢！

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int j=0;

void alloc_one_meg() {
    int megabyte[250000];
    int i;
    for (i=0; i<250000; i++) {
        megabyte[i] = rand();
    }
    j++;
    printf("Loop %d\n", j); // ghetto debug
    if (j<1000) {
        alloc_one_meg();
    }
}

main()
{
    alloc_one_meg();
}

后续问题已发布here。

Answer 1

你遇到了堆栈溢出。

本地自动存储变量（如megabyte）分配在堆栈上，空间有限。 malloc 在堆上分配，这允许更大的分配。

您可以在这里阅读更多内容：

http://en.wikipedia.org/wiki/Stack_overflow

（我要注意的是，C语言并没有指定内存的分配位置——栈和堆是实现细节）

Answer 2

Windows 程序中的堆栈大小通常约为 1 MB，因此在第二次递归时，堆栈会溢出。您不应该在堆栈上分配如此大的数组，使用malloc 和free 在堆上分配和释放内存（对于这种大小的数组，无法绕过malloc）：

void alloc_one_meg() {
    int *megabyte = malloc(sizeof(int) * 250000); // allocate space for 250000
                                                  // ints on the heap
    int i;
    for (i=0; i<250000; i++) {
        megabyte[i] = rand();
    }
    j++;
    printf("Loop %d\n", j); // ghetto debug
    if (j<1000) {
        alloc_one_meg();
    }

    free(megabyte); // DO NOT FORGET THIS
}

也就是说，您实际上可以更改程序的堆栈大小并使其更大（尽管我只是将其作为教育练习，而不是在生产代码中）。对于 Visual Studio，您可以使用 use the /F compiler option，在 Linux 上您可以使用 setrlimit(3)。不过，我不确定 MinGW 可以使用什么。

Answer 3

您通过递归函数调用分配的内存是从堆栈中分配的。所有堆栈内存必须是连续的。当您的进程启动一个线程时，Windows 将为该线程的堆栈保留一定范围的虚拟内存地址空间。要保留的内存量在您的 EXE 文件的“PE 标头”中指定。 PE 代表“可移植的可执行文件”。

使用 Visual Studio 附带的 dumpbin 实用程序，并将其自身 (dumpbin.exe) 作为输入文件：

dumpbin /headers dumpbin.exe

...有一些输出，然后：

      100000 size of stack reserve
        2000 size of stack commit

“100000”是一个十六进制数字，等于 1,048,576，所以这表示大约 1MB。

换句话说，操作系统只会为堆栈保留一个 1MB 的地址范围。当该地址范围用完时，Windows 可能会也可能不会分配更多的连续内存范围以增加堆栈。结果取决于是否有更多的连续地址范围可用。由于线程开始时 Windows 进行的其他分配，它不太可能可用。

要在 Windows 下分配最大数量的虚拟内存，请使用 VirtualAlloc 系列函数。

Answer 4

堆栈溢出。这是一个棘手的问题吗？