数组类型和使用malloc分配的数组之间的区别

Question

今天我在帮助我的一个朋友处理一些C代码，我们遇到了一些奇怪的行为，我无法解释为什么会发生这种情况。我们有一个包含整数列表的TSV文件，每行一个int。 第一行是列表中行数的数量。

我们还有一个非常简单的“readfile” c文件。第一行读取 n，即行数，然后进行初始化:

int list[n]

最后使用fscanf做一个包含n的for循环。对于小的n（直到约100,000），一切都正常。但是我们发现当n很大（10^6）时，会发生段错误。

最终，我们将列表初始化更改为

int *list = malloc(n*sizeof(int))

一切都很顺利，即使处理非常大的n也没有问题。

有人能解释一下为什么会出现这种情况吗？为什么使用int list[n]时会导致段错误，在使用list = malloc(n*sizeof(int))后就停止了呢？

- Jorge Leitao

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正是我正在寻找的，我在HackerRank数组操作问题中遇到了同样的问题。 - Kapil

Answer 1

这里涉及到几个不同的部分。

首先是声明数组时的差异，如下所示：

int array[n];

和

int* array = malloc(n * sizeof(int));

在第一个版本中，你声明了一个具有自动存储期的对象。这意味着数组仅在调用它的函数存在时才存在。在第二个版本中，你使用了动态存储期的内存，这意味着它将存在直到通过free显式释放为止。

第二个版本之所以能够在这里工作是C通常编译方式的实现细节。通常，C内存分为几个区域，包括堆栈（用于函数调用和局部变量）和堆（用于malloc的对象）。堆栈的大小通常比堆小得多；通常是8MB左右。因此，如果尝试分配一个巨大的数组，就可能导致堆栈溢出并使程序崩溃。

int array[n];

如果你使用栈空间存储数据，可能会超出栈的存储空间，导致段错误。另一方面，堆通常具有巨大的大小（例如，与系统上可用的空闲空间一样大），因此使用malloc分配一个大对象不会导致内存不足错误。

总的来说，在C语言中要小心使用变长数组，因为它们很容易超出栈的大小。除非你知道大小很小或者确实只需要短时间使用该数组，否则最好使用malloc。

- templatetypedef

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好的回答！我在想速度是否也有差别？ - Tropilio

由于引用局部性的影响，我会怀疑栈分配的数组访问速度更快，而且malloc本身比仅仅移动栈指针要慢得多。但实际上，最好使用适合当前任务的方法。 - templatetypedef

或者，如果你在任何函数之外声明 int arr[1000000];，它们会自动设置为零并存储在堆上。 - DSOI__UNUNOCTIUM

int array[n] 作为顶层声明（在函数外部）是什么意思？这也会放在堆栈上吗？ - xjcl

在函数外，对象具有静态存储期。它们通常被放置在与堆栈和堆不同的内存区域中。 - templatetypedef

Answer 2

int list[n]

在栈上分配n个整数的空间，通常栈非常小。使用栈上的内存比另一种选择快得多，但栈非常小，如果您像分配大数组或进行过深的递归等操作，则很容易溢出堆栈（即分配过多的内存）。您不必手动释放通过此方式分配的内存，当数组超出作用域时编译器会自动完成。

另一方面，malloc在堆中分配空间，堆通常比栈要大得多。您需要在堆上分配更大量的内存才能耗尽它，但在堆上分配内存比在栈上慢得多，并且在使用完之后必须通过free手动释放它。

- Seth Carnegie

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“在堆栈上使用内存比使用其他方式分配内存要快得多”，这里的意思是“分配”还是“访问”？据我所知，堆栈分配速度更快，但对于访问（读/写）也是如此吗？谢谢。 - dragonxlwang

Answer 3

int list[n] 存储在栈中，而 malloc 存储在堆中。

栈的空间有限，可用空间较小，而堆则要大得多。

- Asier Gutierrez

Answer 4

int list[n] 是一个VLA，它在堆栈上分配内存而不是在堆上。你不需要释放它（它会在函数调用结束时自动释放），并且它分配速度很快，但存储空间非常有限，正如你所发现的那样。你必须在堆上分配更大的值。

- Puppy

Answer 5

如果您使用的是Linux系统，可以将ulimit -s设置为更大的值，这可能也适用于堆栈分配。当您在堆栈上分配内存时，该内存会一直保留到函数执行结束。如果您在堆上分配内存（使用malloc），则可以随时释放内存（甚至在函数执行结束之前）。通常，堆应用于大内存分配。

- Manik Sidana

Answer 6

这个声明在堆栈上分配内存

    int list[n]

malloc在堆上分配内存。

栈的大小通常比堆小，因此如果在栈上分配太多内存，会导致堆栈溢出。

另请参见此答案以获取更多信息。

- thumbmunkeys

Answer 7

假设您在实施中有一个典型的实现，那么最有可能的是：

int list[n]

在你的堆栈上分配列表，而：

int *list = malloc(n*sizeof(int))

在堆上分配内存。

对于栈来说，它们通常有一个增长的限制（如果它们可以增长的话）。对于堆来说，仍然存在一个限制，但这往往要大得多，并且（广义地）受到您的RAM+swap+地址空间的约束，这通常至少比栈大一个数量级，甚至更多。

- Flexo

Answer 8

   int array[n];

这是一个静态分配数组的示例，编译时将知道数组的大小，并且该数组将在堆栈上分配。

   int *array(malloc(sizeof(int)*n);

这是一个动态分配数组的例子，数组大小将在运行时由用户指定。数组将在堆上分配。

- cammando

Answer 9

当您使用malloc进行分配时，内存是从堆中分配的，而不是从栈中分配，后者的大小要小得多。

- user267885