C/C++ 中堆和棧及靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)詳解

 　　五大內(nèi)存分區(qū)

　　在C++中，內(nèi)存分成5個(gè)區(qū)，他們分別是堆、棧、自由存儲(chǔ)區(qū)、全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)和常量存儲(chǔ)區(qū)。下面分別來(lái)介紹：

　　棧，就是那些由編譯器在需要的時(shí)候分配，在不需要的時(shí)候自動(dòng)清除的變量的存儲(chǔ)區(qū)。里面的變量通常是局部變量、函數(shù)參數(shù)等。

　　堆，就是那些由new分配的內(nèi)存塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應(yīng)用程序去控制，一般一個(gè)new就要對(duì)應(yīng)一個(gè)delete。如果程序員沒(méi)有釋放掉，那么在程序結(jié)束后，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)回收。

　　自由存儲(chǔ)區(qū)，就是那些由malloc等分配的內(nèi)存塊，他和堆是十分相似的，不過(guò)它是用free來(lái)結(jié)束自己的生命的。 

　　全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中，在以前的C語(yǔ)言中，全局變量又分為初始化的和未初始化的，在C++里面沒(méi)有這個(gè)區(qū)分了，他們共同占用同一塊內(nèi)存區(qū)（未初始化的變量都被初始化成0或空串，C中也一樣）。 

　　常量存儲(chǔ)區(qū)，這是一塊比較特殊的存儲(chǔ)區(qū)，他們里面存放的是常量，不允許修改（當(dāng)然，你要通過(guò)非正當(dāng)手段也可以修改，而且方法很多）。

　　明確區(qū)分堆與棧：

　　在bbs上，堆與棧的區(qū)分問(wèn)題，似乎是一個(gè)永恒的話題，由此可見(jiàn)，初學(xué)者對(duì)此往往是混淆不清的，所以我決定拿他第一個(gè)開刀。

　　首先，我們舉一個(gè)例子：

void f() { int* p=new int[5]; }

　　上面這條短短的一句話就包含了堆與棧，看到new，我們首先就應(yīng)該想到，我們分配了一塊堆內(nèi)存，那么指針p呢？他分配的是一塊棧內(nèi)存，所以這句話的意思 就是：在棧內(nèi)存中存放了一個(gè)指向一塊堆內(nèi)存的指針p。在程序會(huì)先確定在堆中分配內(nèi)存的大小，然后調(diào)用operator new分配內(nèi)存，然后返回這塊內(nèi)存的首地址，放入棧中，他在VC6下的匯編代碼如下：

00401028 push 14h

0040102A call operator new (00401060)

0040102F add esp,4

00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax

00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]

00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax

　　這里，我們?yōu)榱撕?jiǎn)單并沒(méi)有釋放內(nèi)存，那么該怎么去釋放呢？是delete p么？哦，錯(cuò)了，應(yīng)該是delete []p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個(gè)數(shù)組，VC6就會(huì)根據(jù)相應(yīng)的Cookie信息去進(jìn)行釋放內(nèi)存的工作。 

　　好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什么區(qū)別？ 

　　主要的區(qū)別由以下幾點(diǎn)：

　　1、管理方式不同；

　　2、空間大小不同；

　　3、能否產(chǎn)生碎片不同；

　　4、生長(zhǎng)方向不同；

　　5、分配方式不同；

　　6、分配效率不同；

　　管理方式：對(duì)于棧來(lái)講，是由編譯器自動(dòng)管理，無(wú)需我們手工控制；對(duì)于堆來(lái)說(shuō)，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memory leak。

　　空間大小：一般來(lái)講在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達(dá)到4G的空間，從這個(gè)角度來(lái)看堆內(nèi)存幾乎是沒(méi)有什么限制的。但是對(duì)于棧來(lái)講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認(rèn)的?？臻g大小是1M（好像是，記不清楚了）。當(dāng)然，我們可以修改：

　　打開工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，然后在Reserve中設(shè)定堆棧的最大值和commit。 

　　注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁(yè)文件里面，它設(shè)置的較大會(huì)使棧開辟較大的值，可能增加內(nèi)存的開銷和啟動(dòng)時(shí)間。

　　碎片問(wèn)題：對(duì)于堆來(lái)講，頻繁的new/delete勢(shì)必會(huì)造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對(duì)于棧來(lái)講，則不會(huì)存在這個(gè) 問(wèn)題，因?yàn)闂Ｊ窍冗M(jìn)后出的隊(duì)列，他們是如此的一一對(duì)應(yīng)，以至于永遠(yuǎn)都不可能有一個(gè)內(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進(jìn)的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出， 詳細(xì)的可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這里我們就不再一一討論了。

　　生長(zhǎng)方向：對(duì)于堆來(lái)講，生長(zhǎng)方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向；對(duì)于棧來(lái)講，它的生長(zhǎng)方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長(zhǎng)。

　　分配方式：堆都是動(dòng)態(tài)分配的，沒(méi)有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動(dòng)態(tài)分配由alloca函數(shù)進(jìn)行分配，但是棧的動(dòng)態(tài)分配和堆是不同的，他的動(dòng)態(tài)分配是由編譯器進(jìn)行釋放，無(wú)需我們手工實(shí)現(xiàn)。

　　分配效率：棧是機(jī)器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)會(huì)在底層對(duì)棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行，這就決定了棧的 效率比較高。堆則是C/C++函數(shù)庫(kù)提供的，它的機(jī)制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫(kù)函數(shù)會(huì)按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系 統(tǒng)）在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒(méi)有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就 有機(jī)會(huì)分到足夠大小的內(nèi)存，然后進(jìn)行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

　　從這里我們可以看到，堆和棧相比，由于大量 new/delete的使用，容易造成大量的內(nèi)存碎片；由于沒(méi)有專門的系統(tǒng)支持，效率很低；由于可能引發(fā) 用戶態(tài)和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請(qǐng)，代價(jià)變得更加昂貴。所以棧在程序中是應(yīng)用最廣泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過(guò)程中的參數(shù)，返回地 址，EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。

　　雖然棧有如此眾多的好處，但是由于和堆相比不是那么靈活，有時(shí)候分配大量的內(nèi)存空間，還是用堆好一些。

　　無(wú)論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生（除非你是故意使其越界），因?yàn)樵浇绲慕Y(jié)果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生以想不到的結(jié) 果,就算是在你的程序運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生上面的問(wèn)題，你還是要小心，說(shuō)不定什么時(shí)候就崩掉，那時(shí)候debug可是相當(dāng)困難的：）

　　對(duì)了，還有一件事，如果有人把堆棧合起來(lái)說(shuō)，那它的意思是棧，可不是堆，呵呵，清楚了？

　　static用來(lái)控制變量的存儲(chǔ)方式和可見(jiàn)性

　　函數(shù)內(nèi)部定義的變量，在程序執(zhí)行到它的定義處時(shí)，編譯器為它在棧上分配空間，函數(shù)在棧上分配的空間在此函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)會(huì)釋放掉，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn) 題: 如果想將函數(shù)中此變量的值保存至下一次調(diào)用時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)？ 最容易想到的方法是定義一個(gè)全局的變量，但定義為一個(gè)全局變量有許多缺點(diǎn)，最明顯的缺點(diǎn)是破壞了此變量的訪問(wèn)范圍（使得在此函數(shù)中定義的變量，不僅僅受此 函數(shù)控制）。

　　需要一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象為整個(gè)類而非某個(gè)對(duì)象服務(wù),同時(shí)又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內(nèi)部，對(duì)外不可見(jiàn)。

　　static的內(nèi)部機(jī)制：

　　靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要在程序一開始運(yùn)行時(shí)就必須存在。因?yàn)楹瘮?shù)在程序運(yùn)行中被調(diào)用，所以靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不能在任何函數(shù)內(nèi)分配空間和初始化。

　　這樣，它的空間分配有三個(gè)可能的地方，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，那里有類的成員函數(shù)定義；三是應(yīng)用程序的main（）函數(shù)前的全局?jǐn)?shù)據(jù)聲明和定義處。

　　靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要實(shí)際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數(shù)據(jù)成員）。類聲明只聲明一個(gè)類的“尺寸和規(guī)格”，并不進(jìn)行實(shí)際的內(nèi)存分配，所以在類聲明中寫成定義是錯(cuò)誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因?yàn)槟菚?huì)造成在多個(gè)使用該類的源文件中，對(duì)其重復(fù)定義。

static被引入以告知編譯器，將變量存儲(chǔ)在程序的靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)而非棧上空間，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員按定義出現(xiàn)的先后順序依次初始化，注意靜態(tài)成員嵌套時(shí)，要保證所嵌套的成員已經(jīng)初始化了。消除時(shí)的順序是初始化的反順序。

　　static的優(yōu)勢(shì)：

　　可以節(jié)省內(nèi)存，因?yàn)樗撬袑?duì)象所公有的，因此，對(duì)多個(gè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員只存儲(chǔ)一處，供所有對(duì)象共用。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值對(duì)每個(gè)對(duì)象都是一樣，但它的值是可以更新的。只要對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值更新一次，保證所有對(duì)象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時(shí)間效率。

　　引用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員時(shí)，采用如下格式：

　　<類名>::<靜態(tài)成員名>

　　如果靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的訪問(wèn)權(quán)限允許的話(即public的成員)，可在程序中，按上述格式來(lái)引用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。

　　PS:

　　(1)類的靜態(tài)成員函數(shù)是屬于整個(gè)類而非類的對(duì)象，所以它沒(méi)有this指針，這就導(dǎo)致了它僅能訪問(wèn)類的靜態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)成員函數(shù)。

　　(2)不能將靜態(tài)成員函數(shù)定義為虛函數(shù)。

　　(3)由于靜態(tài)成員聲明于類中，操作于其外，所以對(duì)其取地址操作，就多少有些特殊，變量地址是指向其數(shù)據(jù)類型的指針，函數(shù)地址類型是一個(gè)“nonmember函數(shù)指針”。

　　(4)由于靜態(tài)成員函數(shù)沒(méi)有this指針，所以就差不多等同于nonmember函數(shù)，結(jié)果就產(chǎn)生了一個(gè)意想不到的好處：成為一個(gè)callback函數(shù)，使得我們得以將C++和C-based X Window系統(tǒng)結(jié)合，同時(shí)也成功的應(yīng)用于線程函數(shù)身上。

　　(5)static并沒(méi)有增加程序的時(shí)空開銷，相反她還縮短了子類對(duì)父類靜態(tài)成員的訪問(wèn)時(shí)間，節(jié)省了子類的內(nèi)存空間。

　　(6)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員在<定義或說(shuō)明>時(shí)前面加關(guān)鍵字static。

　　(7)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員是靜態(tài)存儲(chǔ)的，所以必須對(duì)它進(jìn)行初始化。

　　(8)靜態(tài)成員初始化與一般數(shù)據(jù)成員初始化不同:

　　初始化在類體外進(jìn)行，而前面不加static，以免與一般靜態(tài)變量或?qū)ο笙嗷煜?/p>

　　初始化時(shí)不加該成員的訪問(wèn)權(quán)限控制符private，public等；

　　初始化時(shí)使用作用域運(yùn)算符來(lái)標(biāo)明它所屬類；

　　所以我們得出靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化的格式：

　　<數(shù)據(jù)類型><類名>::<靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名>=<值>

　　(9) 為了防止父類的影響，可以在子類定義一個(gè)與父類相同的靜態(tài)變量，以屏蔽父類的影響。這里有一點(diǎn)需要注意：我們說(shuō)靜態(tài)成員為父類和子類共享，但 我們有重復(fù)定義了靜態(tài)成員，這會(huì)不會(huì)引起錯(cuò)誤呢？不會(huì)，我們的編譯器采用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標(biāo)志。

　　C語(yǔ)言變量的存儲(chǔ)類別

　　 內(nèi)存中供用戶使用的存儲(chǔ)空間分為代碼區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)兩個(gè)部分。變量存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)又可分為靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)與動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。

　　靜態(tài)存儲(chǔ)是指在程序運(yùn)行期間給變量分配固定存儲(chǔ)空間的方式。如全局變量存放在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)中，程序運(yùn)行時(shí)分配空間，程序運(yùn)行完釋放。

　　動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)是指在程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)分配存儲(chǔ)空間的方式。如形式參數(shù)存放在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)中，在函數(shù)調(diào)用時(shí)分配空間，調(diào)用完成釋放。

　　對(duì)于靜態(tài)存儲(chǔ)方式的變量可在編譯時(shí)初始化，默認(rèn)初值為O或空字符。對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式的變量如不賦初值，則它的值是一個(gè)不確定的值。

　　在C語(yǔ)言中，具體的存儲(chǔ)類別有自動(dòng)(auto)、寄存器(register)、靜態(tài)(static)及外部(extern)四種。靜態(tài)存儲(chǔ)類別與外部存儲(chǔ)類別變量存放在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，自動(dòng)存儲(chǔ)類別變量存放在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，寄存器存儲(chǔ)類別直接送寄存器。

　　變量存儲(chǔ)類別定義方法：

　　存儲(chǔ)類別類型變量表；

　　例如：

　　(1)a，b，c為整型自動(dòng)存儲(chǔ)類別變量：

　　auto int a，b，c；

　　(2)x，y，z為雙精度型靜態(tài)存儲(chǔ)類別變量：  

　　static double x，y，z；

　　1、變量有哪些存儲(chǔ)類型？

　　變量的存儲(chǔ)類型由“存儲(chǔ)類型指明符”來(lái)說(shuō)明。存儲(chǔ)類型指明符可以是下列類鍵字之一：

　　auto
　　register
　　extern
　　static

　　下面是詳細(xì)的解釋：

　　auto 存儲(chǔ)類指明符－－用于說(shuō)明具有局部作用域的變量，它表示變量具有局部（自動(dòng)）生成期，但由于它是所有局部作用域變量說(shuō)明的缺省存儲(chǔ)類指明符，所以使用得很 少。要注意的是，所有在函數(shù)內(nèi)部定義的變量都是局部變量，函數(shù)內(nèi)部定義的變量其作用域只在函數(shù)內(nèi)部。它的生存期為該函數(shù)運(yùn)行期間，一旦離開這個(gè)函數(shù)或這個(gè) 函數(shù)終止，局部變量也隨之消失。

　　register 存儲(chǔ)類指明符－－當(dāng)聲明了這個(gè)指明符后，編譯程序?qū)⒈M可能地為該變量分配CPU內(nèi)部的寄存器作為變量的存儲(chǔ)單元，以加快運(yùn)行速度。注意，寄存器與存儲(chǔ)器是 不同的。寄存器一般在CPU內(nèi)部，而存儲(chǔ)器一般指外部的（比如內(nèi)存條），CPU內(nèi)部的寄存器其運(yùn)算速度是很高的。當(dāng)寄存器已分配完畢，就自動(dòng)地分配一個(gè)外 部的內(nèi)存。它的作用等價(jià)于auto，也只能用于局部變量和函數(shù)的參量說(shuō)明。

　　static 存儲(chǔ)類指明符－－表示變量具有靜態(tài)生成期。static變量的的特點(diǎn)是它離開了其作用域后，其值不會(huì)消失。

　　當(dāng)回到該作用域之后又可以繼續(xù)使用這個(gè)static變量的值。

　　例：利用static變量統(tǒng)計(jì)調(diào)用函數(shù)的次數(shù)

int two(); /*函數(shù)原型說(shuō)明*/ 
void main() 
{ 
int a=0; 
a=two(); /*a的值等于1*/ 
a=two() /*a的值等于2*/ 
a=two(); /*a的值等于3*/ 
}

int two() 
{ 
static int b=0;　　　　/*定義了一個(gè)局部的static變量*/ 
b ; 
return b; 
}

　　如果不是一個(gè)static變量就不會(huì)有這個(gè)效果了

int two(); /*函數(shù)原型說(shuō)明*/ 
void main() 
{ 
int a=0; 
a=two(); /*a的值等于1*/ 
a=two() /*a的值等于1*/ 
a=two(); /*a的值等于1*/ 
}

int two() 
{ 
int b=0;　　　　 
b ; 
return b; 
} 

　　變量a的值總是1，原因是在函數(shù)two()中，變量b不是一個(gè)static變量，其值隨著離開two函數(shù)就消失了，當(dāng)回到two函數(shù)時(shí)又被重新賦值0。

　　extern 存儲(chǔ)類指明符－－一般用在工程文件中。在一個(gè)工程文件中因?yàn)橛卸鄠€(gè)程序文件，當(dāng)某一個(gè)變量在一個(gè)程序文件中定義了之后，如果在另一個(gè)程序文件中予以定義， 就會(huì)出現(xiàn)重復(fù)定義變量的錯(cuò)誤。使用extern存儲(chǔ)類型指明符就可以指出在該文件外部已經(jīng)定義了這個(gè)變量。extern變量的作用域是整個(gè)程序。

　　2、變量存儲(chǔ)在內(nèi)存的什么地方？

　　1）變量可以存儲(chǔ)在內(nèi)存的不同地方，這依賴于它們的生成期。在函數(shù)上部定義的變量（全局變量或static外部變量）和在函數(shù)內(nèi)部定義的static變 量，其生存期就是程序運(yùn)行的全過(guò)程。這些變量被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)段(Data　Segment)中。數(shù)據(jù)段是在內(nèi)存中為這些變量留出的一段大小固定的空間，它分 為二部分，一部分用來(lái)初始化變量，另一部分用來(lái)存放未初始化的變量。

　　2）在函數(shù)內(nèi)部定義的auto變量（沒(méi)有用關(guān)鍵字static定義的變量）的生成期從程序開始執(zhí)行其所在的程序塊代碼時(shí)開始，到程序離開該程序塊時(shí)為止。 作為函數(shù)參數(shù)的變量只在調(diào)用該函數(shù)期間存在。這些變量被存儲(chǔ)在棧(stack)中。棧是內(nèi)存中的一段空間，開始很小，以后逐漸自動(dòng)變大，直到達(dá)到某個(gè)預(yù)定 義的界限。

　　3）當(dāng)用malloc等函數(shù)給指針?lè)峙湟粋€(gè)地址空間的時(shí)候，這個(gè)分配的內(nèi)存塊位于一段名為“堆（heap）”的內(nèi)存空間中。堆開始時(shí)很小，但調(diào)用 malloc或clloc等內(nèi)存分配函數(shù)時(shí)它就會(huì)增大。堆可以和數(shù)據(jù)段或棧共用一個(gè)內(nèi)存段，也可以有它自己的內(nèi)存段，這完全取決于編譯選項(xiàng)和操作系統(tǒng)。與 棧相似，堆也有一個(gè)增長(zhǎng)界限，并且決定這個(gè)界限的規(guī)則與棧相同。

　　C語(yǔ)言變量的作用域和存儲(chǔ)類型

　　一、作用域和生存期

      C程序的標(biāo)識(shí)符作用域有三種：局部、全局、文件。標(biāo)識(shí)符的作用域決定了程序中的哪些語(yǔ)句可以使用它，換句話說(shuō)，就是標(biāo)識(shí)符在程序其他部分的可見(jiàn)性。通常，標(biāo)識(shí)符的作用域都是通過(guò)它在程序中的位置隱式說(shuō)明的。

　　1.局部作用域

　　前面各個(gè)例子中的變量都是局部作用域，他們都是聲明在函數(shù)內(nèi)部，無(wú)法被其他函數(shù)的代碼所訪問(wèn)。函數(shù)的形式參數(shù)的作用域也是局部的，它們的作用范圍僅限于函數(shù)內(nèi)部所用的語(yǔ)句塊。

　　 void add(int);

   main()
   {
    int num=5;
    add(num);
    printf("%d\n",num);  /*輸出5*/
   }

   void add(int num)
   {
    num++;
    printf("%d\n",num);  /*輸出6*/
   }

　　上面例子里的兩個(gè)num變量都是局部變量，只在本身函數(shù)里可見(jiàn)。前面我們說(shuō)了，在兩個(gè)函數(shù)出現(xiàn)同名的變量不會(huì)互相干擾，就是這個(gè)道理。所以上面的兩個(gè)輸出，在主函數(shù)里仍然是5，在add()函數(shù)里輸出是6。

 　　2.全局作用域

　　對(duì)于具有全局作用域的變量，我們可以在程序的任何位置訪問(wèn)它們。當(dāng)一個(gè)變量是在所有函數(shù)的外部聲明，也就是在程序的開頭聲明，那么這個(gè)變量就是全局變量。

 void add(int);
   int num;

   main()
   {
    int n=5;
    add(n);
    printf("%d\n",num);  /*輸出6*/
   }

   void add(num)   /*形式參數(shù)沒(méi)有指定類型*/
   {
    num++;
    printf("%d\n",num);  /*輸出6*/
   }

      上面的main()和add()里面，并沒(méi)有聲明num，但是在最后輸出的時(shí)候卻要求輸出num，這是由于在程序的開始聲明了num是全局變量，也就是在 所有函數(shù)里都可以使用這個(gè)變量。這時(shí)候一個(gè)函數(shù)里改變了變量的值，其他函數(shù)里的值也會(huì)出現(xiàn)影響。上面的例子輸出都是6，因?yàn)樵赼dd()函數(shù)里改變了 num的值，由于num是全局變量，就好象它們兩個(gè)函數(shù)共用一個(gè)變量，所以在main()函數(shù)里的num也隨之改變了。

　　　　3.文件作用域

　　在很多C語(yǔ)言書上，都沒(méi)有說(shuō)明文件作用域，或者只是略微的提到，其實(shí)文件作用域在較大程序中很有作用(在多文件系統(tǒng)中)。文件作用域是指外部標(biāo)識(shí)符僅在聲 明它的同一個(gè)轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的函數(shù)匯總可見(jiàn)。所謂轉(zhuǎn)換單元是指定義這些變量和函數(shù)的源代碼文件(包括任何通過(guò)＃i nclude指令包含的源代碼文件)。static存儲(chǔ)類型修飾符指定了變量具有文件作用域。

　　 static int num;
   static void add(int);

   main()
   {
    scanf("%d",&num);
    add(num)
    printf("%d\n",num);
   }

   void add(num)
   {
    num++;
   }

     上面的程序中變量num和函數(shù)add()在聲明是采用了static存儲(chǔ)類型修飾符，這使得它們具有文件作用域，僅愛(ài)定義它們的文件內(nèi)可見(jiàn)。

     由于我們提到的大多數(shù)程序都只有一個(gè)編譯文件組成，所以這種寫法沒(méi)有實(shí)際意義。但是實(shí)際工程上的文件有很多，它們不是由一個(gè)人寫成的，由很多人共同完成， 這些文件都是各自編譯的，這難免使得某些人使用了一樣的全局變量名，那么為了以后程序中各自的變量和函數(shù)不互相干擾，就可以使用static修飾符，這樣 在連接到同一個(gè)程序的其他代碼文件而言就是不可見(jiàn)的。

　　二、變量存儲(chǔ)類型

　　前面我們說(shuō)了，聲明變量時(shí)用如下類似的形式：

int num;
float total; 

 　　它們都沒(méi)有存儲(chǔ)類型修飾符，我們?cè)诼暶鲿r(shí)也可以通過(guò)存儲(chǔ)類型修飾符來(lái)告訴編譯器將要處理什么類型的變量。存儲(chǔ)類型有以下四種：自動(dòng)(auto)、靜態(tài)(static)、外部(extern)、寄存器(regiser)。

      1.自動(dòng)存儲(chǔ)類型

　　自動(dòng)存儲(chǔ)類型修飾符指定了一個(gè)局部變量為自動(dòng)的，這意味著，每次執(zhí)行到定義該變量的語(yǔ)句塊時(shí)，都將會(huì)為該變量在內(nèi)存中產(chǎn)生一個(gè)新的拷貝，并對(duì)其進(jìn)行初始化。實(shí)際上，如果不特別指明，局部變量的存儲(chǔ)類型就默認(rèn)為自動(dòng)的，因此，加不加auto都可以。

main()
 {
   auto int num=5;
   printf("%d\n",num);
 }

　　在這個(gè)例子中，不論變量num的聲明是否包含關(guān)鍵字auto，代碼的執(zhí)行效果都是一樣的。函數(shù)的形式參數(shù)存儲(chǔ)類型默認(rèn)也是自動(dòng)的。        

      2.靜態(tài)存儲(chǔ)變量

　　前面已經(jīng)使用了static關(guān)鍵字，但是對(duì)于局部變量，靜態(tài)存儲(chǔ)類型的意義是不一樣的，這時(shí)，它是和自動(dòng)存儲(chǔ)類型相對(duì)而言的。靜態(tài)局部變量的作用域仍然近 局限于聲明它的語(yǔ)句塊中，但是在語(yǔ)句塊執(zhí)行期間，變量將始終保持它的值。而且，初始化值只在語(yǔ)句塊第一次執(zhí)行是起作用。在隨后的運(yùn)行過(guò)程中，變量將保持語(yǔ) 句塊上一次執(zhí)行時(shí)的值。

　　看下面兩個(gè)對(duì)應(yīng)的程序：

　　　 /*1.C*/        /*2.C*/
   int add();        int add();

   main()         main()
   {          {
    int result;       int result;
    result=add()       result=add();
    printf("%d ",result);     printf("%d ",result);
    result=add();       result=add();
    printf("%d ",result);     printf("%d ",result);
    result=add();       result=add();
    printf("%d",result);     printf("%d",result);
   }          }

   int add()        int add()
   {          {
    int num=50;       static int num=50;
    num++;         num++;
    return num;       return num;
   }          }

　　上面兩個(gè)源文件，只有函數(shù)add()里的變量聲明有所不同，一個(gè)是自動(dòng)存儲(chǔ)類型，一個(gè)是靜態(tài)存儲(chǔ)類型。

　　對(duì)于1.C文件，輸出結(jié)果為51 51 51；這很好理解，每次初始值都是50，然后加1上來(lái)。

　　對(duì)于2.C文件，輸出結(jié)果為51 52 53；這是由于變量是靜態(tài)的，只在第一次初始化了50，以后都是使用上次的結(jié)果值。當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用add()時(shí)，初始化為50，然后加1，輸出為51；當(dāng)?shù)?二次調(diào)用時(shí)，就不初始化了，這時(shí)num的值為上次的51，然后加1，輸出52；當(dāng)?shù)谌握{(diào)用時(shí)，num為52，加1就是53了。

　　比較就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的不同之處了。靜態(tài)變量在下一節(jié)要說(shuō)的遞歸函數(shù)中經(jīng)常使用到。

　　當(dāng)?shù)谝淮尾恢该黛o態(tài)變量的初始值時(shí)，默認(rèn)為0。

　　下面舉一個(gè)例子，把我們說(shuō)到的靜態(tài)變量理解一下。

　　求1+2+……+100的值的代碼如下：

　　　　　　void add();
   int result;

   main()
   {
    int i;
    result=0;
    for(i=0;i<100;i++) add();
    printf("%d\n",result);
   }

   void add()
   {
    static int num=0;
    num++;
    result+=num;
   }

 　　add()函數(shù)被調(diào)用了100次，num的值從1一直變到100，這樣就可以求出它們的和了。如果寫成int num=0;那就是求1+1+……+1這100個(gè)1的值了。

　　 實(shí)際上類似的這類問(wèn)題我們可以通過(guò)遞歸函數(shù)來(lái)解決，什么是遞歸，我們下一節(jié)介紹。

      3.外部存儲(chǔ)類型

　　外部存儲(chǔ)類型聲明了程序?qū)⒁玫降摹⒌形炊x的外部變量。通常，外部存儲(chǔ)類型都是用于聲明在另一個(gè)轉(zhuǎn)換單元中定義的變量。下面舉一個(gè)例子，這個(gè)例子包括兩個(gè)文件。

　　　　 /*1.C*/
    void a();

    main()
    {
     extern int num;
     a();
     printf("%d\n",num);
    }

    /*2.C*/
    int num;

    void a()
    {
     num=5;
    }

　　這兩個(gè)程序是分別編譯的，然后連接成一個(gè)執(zhí)行文件。具體如何操作，可以查看一些手冊(cè)，這兒我簡(jiǎn)單說(shuō)了一下。把上面兩個(gè)文件都編譯好后，再制作一個(gè).prj文件，里面的內(nèi)容是：

　　1.c
　　2.c

　　只有這兩行，這可在編輯狀態(tài)下寫成，存盤，取名為1.prj。

　　然后選擇project選項(xiàng)，選擇project name，填入1.prj文件名，按F9后，即可生成1.exe文件?！　?/p>

　　main()函數(shù)中變量num是在另一個(gè)文件中定義的。因此，當(dāng)編譯器編譯1.c時(shí)，無(wú)法確定該變量的地址。這時(shí)，外部存儲(chǔ)類型聲明告訴編譯器，把所有對(duì) num的引用當(dāng)作暫且無(wú)法確定的引用，等到所有便宜好的目標(biāo)代碼連接成一個(gè)可執(zhí)行程序模塊時(shí)，再來(lái)處理對(duì)變量num的引用?！　?/p>

　　外部變量的聲明既可以在引用它的函數(shù)的內(nèi)部，也可以在外部。如果變量聲明在函數(shù)外部，那么同一轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的所有函數(shù)都可以使用這個(gè)外部變量。反之，如果在函數(shù)內(nèi)部，那么只有這一個(gè)函數(shù)可以使用該變量。

　　前面說(shuō)了文件作用域的問(wèn)題，如果在聲明全局變量時(shí)，加上static修飾符，那么該變量只在當(dāng)前文件內(nèi)可見(jiàn)，而extern又可以引用其它文件里的變量。 所以在一個(gè)大型程序中，每個(gè)程序員只是完成其中的一小塊，為了讓自己的變量不讓其他程序員使用，保持一定的獨(dú)立性，經(jīng)常在全局變量前加static。我們可以這樣來(lái)說(shuō)明一下：

　　還是上面的兩個(gè)文件，現(xiàn)在再增加一個(gè)文件3.c，內(nèi)容為：

　static int num;

 void a()
 {
  num=6;
 }
 

　　 把1.prj文件后面加上3.c 這樣，我們生成的1.exe文件，執(zhí)行時(shí)輸出是5，而不是6。因?yàn)?.c文件的num變量增加了文件作用域，在其他文件中是無(wú)法使用它的。

　　4.寄存器存儲(chǔ)類型

　　被聲明為寄存器存儲(chǔ)類型的變量，除了程序無(wú)法得到其地址外，其余都和自動(dòng)變量一樣。至于什么是變量地址，以后說(shuō)指針時(shí)會(huì)詳細(xì)介紹。

　 main()
 {
  egister int num;
  num=100;
  printf("%d",num);
 }

　　使用寄存器存儲(chǔ)類型的目的是讓程序員指定某個(gè)局部變量存放在計(jì)算機(jī)的某個(gè)硬件寄存器里而不是內(nèi)存中，以提高程序的運(yùn)行速度。不過(guò)，這只是反映了程序員的主觀意愿，編譯器可以忽略寄存器存儲(chǔ)類型修飾符。

      寄存器變量的地址是無(wú)法取得的，因?yàn)榻^大多數(shù)計(jì)算機(jī)的硬件寄存器都不占用內(nèi)存地址。而且，即使編譯器忽略寄存器類型修飾符把變量放在可設(shè)定地址的內(nèi)存中，我們也無(wú)法取地址的限制仍然存在。

　　要想有效的利用寄存器存儲(chǔ)類型，必須象匯編語(yǔ)言程序員那樣了解處理器的內(nèi)部構(gòu)造，知道可用于存放變量的寄存器的數(shù)量和種類，以及他們是如何工作的。但是， 不同計(jì)算機(jī)在這些細(xì)節(jié)上未必是一樣的，因此對(duì)于一個(gè)可移植的程序來(lái)說(shuō)，寄存器存儲(chǔ)類型的作用不大。特別是現(xiàn)在很多編譯器都能提供很好的優(yōu)化效果，遠(yuǎn)比程序 員來(lái)選擇有效的多。不過(guò)，寄存器存儲(chǔ)類型還是可以為優(yōu)化器提供重要的參考。

　　C的作用域還有一種，靜態(tài)塊。比如：

/* 靜態(tài)塊作用域 */
{
...;
...;
}

/* 函數(shù)作用域 */
main()
{
...;
}

　　棧

　　由編譯器自動(dòng)分配釋放管理。局部變量及每次函數(shù)調(diào)用時(shí)返回地址、以及調(diào)用者的環(huán)境信息（例如某些機(jī)器寄存器）都存放在棧中。新被調(diào)用的函數(shù)在棧上為其自動(dòng)和臨時(shí)變量分配存儲(chǔ)空間。通過(guò)以這種方式使用棧，C函數(shù)可以遞歸調(diào)用。 

　　堆

　　需要由程序員分配釋放管理，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收。通常在堆中進(jìn)行動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配。

　　非初始化數(shù)據(jù)段

　　通常將此段稱為b s s段，這一名稱來(lái)源于早期匯編程序的一個(gè)操作符，意思是“block started by symbol（由符號(hào)開始的塊）”，未初始化的全局變量和靜態(tài)變量存放在這里。在程序開始執(zhí)行之前，內(nèi)核將此段初始化為0。函數(shù)外的說(shuō)明：long sum[1000] ; 使此變量存放在非初始化數(shù)據(jù)段中。

　　　　初始化的數(shù)據(jù)

　　通常將此段稱為數(shù)據(jù)段，它包含了程序中需賦初值的變量。初始化的全局變量和靜態(tài)變量存放在這里。例如，C程序中任何函數(shù)之外的說(shuō)明：int maxcount = 99; 使此變量以初值存放在初始化數(shù)據(jù)段中。

　　　　正文段

　　CPU執(zhí)行的機(jī)器指令部分。通常，正文段是可共享的，所以即使是經(jīng)常環(huán)境指針環(huán)境表環(huán)境字符串執(zhí)行的程序(如文本編輯程序、C編譯程序、s h e l l等)在存儲(chǔ)器中也只需有一個(gè)副本，另外，正文段常常是只讀的，以防止程序由于意外事故而修改其自身的指令。

　　對(duì)于x86處理器上的Linux,正文段從0x08048000單元開始，棧底在0xC0000000之下開始（棧由高地址向低地址方向增長(zhǎng)）。堆頂和棧底之間未用的虛擬空間很大。

　　Shell的size命令可以看到一個(gè)程序的正文段(text)、數(shù)據(jù)段(data)、非初始化數(shù)據(jù)段(bss)及文件長(zhǎng)度.

[foxman@17:01:49 ]$size mydesign

 text data  bss  dec  hex filename

79210 1380  404 80994 13c62 mydesign
 

　　關(guān)于C/C++堆、棧及靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)詳解就講解到這里。 

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