C之程序中的三國天下（三十五）

        今天我們來探討下 C 語言中的數(shù)據(jù)存儲方式。在程序中，數(shù)據(jù)的存儲方式無外乎分為棧、堆以及靜態(tài)存儲區(qū)。我們分別來看看這三種方式，看看有何區(qū)別。

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        A、程序中的棧

        棧是現(xiàn)代計算機程序里最為重要的概念之一，棧是用于維護函數(shù)調用上下文，同樣函數(shù)中的參數(shù)和局部變量存儲在棧上。棧保存了一個函數(shù)調用所需的維護信息，如下圖所示

        那么每次函數(shù)調用都對應著一個棧上的活動記錄：a> 調用函數(shù)的活動記錄位于棧的中部；b> 被調函數(shù)的活動記錄位于棧的頂部。

        從 main() 開始運行，我們看到有兩個指針 ebp 和 esp。

        那么當 main() 調用 f() 時，ebp 就往前走四個字節(jié)，指向原來 esp 的位置。esp 也繼續(xù)向前走

        當從 f() 調用總返回 main() 時，ebp 和 esp 都向回退四個字節(jié)。

        那么我們看到函數(shù)調用時，對應的?？臻g在函數(shù)返回前是專用的。當函數(shù)調用后棧空間將被釋放，數(shù)據(jù)不再有效。下圖更形象的表示了

        下來我們以代碼為例進行分析

#include <stdio.h>

int* g()
{
    int a[10] = {0};
    
    return a;
}

void f()
{
    int* pointer = g();
}

int main()
{
    f();
    
    return 0;
}

        我們看到在函數(shù) g() 中定義了一個數(shù)組，但是我們返回了它的地址，也就是返回了局部數(shù)組的地址。在 f() 中調用了 g()，這樣肯定會出問題，我們來看看編譯結果

        我們看到編譯器已經(jīng)給出了警告，那么這么操作肯定是不安全的。

        B、程序中的堆

        那么什么是堆呢？堆是程序中一塊預留的內存空間，可由程序自由使用，堆中被程序申請使用的內存在被主動釋放前將一直有效。那么我們?yōu)槭裁从辛藯＿€需要堆呢？棧上的數(shù)據(jù)在函數(shù)返回后就會被釋放掉，無法傳遞到函數(shù)外部，如：局部數(shù)組。那么堆則不一樣，如果我們不去主動釋放，它就一直有效，但是也就造成了一個問題，如果我們只申請不去釋放堆，到最后堆用完了程序便會崩潰。

        那么我們在程序中怎么來申請堆呢？在 C 語言程序中通過庫函數(shù)的調用來獲得堆空間。對應的頭文件是 malloc.h；malloc 是以字節(jié)的方式動態(tài)申請堆空間；free 是將堆空間歸還給系統(tǒng)。系統(tǒng)對堆空間的管理方式有這么幾種：空閑鏈表法、位圖法以及對象池法等。

        下圖是空閑鏈表管理法的示意圖

        如果我們需要申請 4 字節(jié)的話，根據(jù)這個表來看，我們便會申請到跟它最匹配的，便是 5 字節(jié)了。所以有時我們申請的空間會比我們所需的大一點。

        C、程序中的靜態(tài)存儲區(qū)

        靜態(tài)存儲區(qū)是隨著程序的運行而分配空間，它的生命周期直到程序運行結束。在程序的編譯器靜態(tài)存儲區(qū)的大小就已經(jīng)確定，主要用于保存全局變量和靜態(tài)局部變量，它保存的信息最終會保存到可執(zhí)行程序中。

        下來我們以代碼為例來進行分析

#include <stdio.h>

int g_v = 1;

static int g_vs  = 2;

void f()
{
    static int g_vl = 3;
    
    printf("&g_vl = %p\n", &g_vl);
}

int main()
{
    printf("&g_v = %p\n", &g_v);
    
    printf("&g_vs = %p\n", &g_vs);
    
    f();
    
    return 0;
}

        我們看到分別定義了三個變量，第3行是 int 型的全局變量，第5行是加 static 修飾的 int 型變量，第9行是加 static 修飾的函數(shù)內的局部變量。我們分別來打印下三個變量的地址，看看他們有什么關系

        那么我們看到雖然他們三個類型不同，但是地址是連續(xù)的，也就證明他們三個是分布在同一個數(shù)據(jù)區(qū)的，便是靜態(tài)存儲區(qū)啦。通過本節(jié)對棧、堆以及靜態(tài)存儲區(qū)的學習，總結如下：1、棧區(qū)主要用于函數(shù)調用的使用；2、堆區(qū)主要是用于內存的動態(tài)申請和歸還；3、靜態(tài)存儲區(qū)用于保存全局變量和靜態(tài)變量。

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本文題目：C之程序中的三國天下（三十五）
URL鏈接：http://bm7419.com/article2/jdccoc.html

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