一、c程序存储空间布局
(1) 栈
由编译器自动分配释放管理。局部变量及每次函数调用时返回地址、以及调用者的环境信息(例如某些机器寄存器)都存放在栈中。新被调用的函数在栈上为其自动和临时变量分配存储空间。通过以这种方式使用栈,C函数可以递归调用。递归函数每次调用自身时,就使用一个新的栈帧,因此一个函数调用实例中的变量集不会影响另一个函数调用实例中的变量。
a.局部变量
b.函数调用时返回地址
c.调用者的环境信息(例如某些机器寄存器)
(2) 堆
需要由程序员分配释放管理,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。通常在堆中进行动态存储分配。
如程序中的malloc, calloc, realloc等函数都从这里面分配。堆是从下向上分配的。
(3) 非初始化数据段
通常将此段称为bss段,这一名称来源于早期汇编程序的一个操作符,意思是“block started by symbol(由符号开始的块)”,未初始化的全局变量和静态变量存放在这里。在程序开始执行之前,内核将此段初始化为0。函数外的说明:long sum[1000] ; 使此变量存放在非初始化数据段中。
a.未初始化的全局变量
b.未初始化的静态变量
(4) 初始化的数据
通常将此段称为数据段,它包含了程序中需赋初值的变量。初始化的全局变量和静态变量存放在这里。例如,C程序中任何函数之外的说明:int maxcount = 99; 使此变量以初值存放在初始化数据段中。
a.初始化的全局变量
b.初始化的静态变量
(5) 正文段
CPU执行的机器指令部分。通常,正文段是可共享的,所以即使是经常环境指针环境表环境字符串执行的程序(如文本编辑程序、C编译程序、s h e l l等)在存储器中也只需有一个副本,另外,正文段常常是只读的,以防止程序由于意外事故而修改其自身的指令。
下面的内存结构显示了这些段的典型安排:
下面给出一般的c程序存储布局的典型安排:
用户空间的程序使用低2G的虚拟内存,内核空间使用高2G
二、 面向过程程序设计中的static
1. 全局静态变量
在全局变量之前加上关键字static,全局变量就被定义成为一个全局静态变量。
- 内存中的位置:静态存储区(静态存储区在整个程序运行期间都存在)
- 初始化:未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0(自动对象的值是任意的,除非他被显示初始化)
- 作用域:全局静态变量在声明他的文件之外是不可见的。准确地讲从定义之处开始到文件结尾。
看下面关于作用域的程序:
-
//teststatic1.c
-
void
display(); -
extern
int n; -
int
main() -
{
-
n
= 20; -
printf("%d\n",n);
-
display();
-
return
0; -
}
-
//teststatic2.c
-
static
int n; //定义全局静态变量,自动初始化为0,仅在本文件中可见 -
void
display() -
{
-
n++;
-
printf("%d\n",n);
-
}
文件分别编译通过,但link的时候teststatic1.c中的变量n找不到定义,产生错误。
定义全局静态变量的好处:
<1>不会被其他文件所访问,修改
<2>其他文件中可以使用相同名字的变量,不会发生冲突。
2. 局部静态变量
在局部变量之前加上关键字static,局部变量就被定义成为一个局部静态变量。
- 内存中的位置:静态存储区
- 初始化:未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0(自动对象的值是任意的,除非他被显示初始化)
- 作用域:作用域仍为局部作用域,当定义它的函数或者语句块结束的时候,作用域随之结束。
注:当static用来修饰局部变量的时候,它就改变了局部变量的存储位置,从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后,并没有被销毁,而是仍然驻留在内存当中,直到程序结束,只不过我们不能再对他进行访问。
当static用来修饰全局变量的时候,它就改变了全局变量的作用域(在声明他的文件之外是不可见的),但是没有改变它的存放位置,还是在静态存储区中。
3. 静态函数
在函数的返回类型前加上关键字static,函数就被定义成为静态函数。
函数的定义和声明默认情况下是extern的,但静态函数只是在声明他的文件当中可见,不能被其他文件所用。
例如:
-
//teststatic1.c
-
void
display(); -
static
void staticdis(); -
int
main() -
{
-
display();
-
staticdis();
-
renturn
0; -
}
-
//teststatic2.c
-
void
display() -
{
-
staticdis();
-
printf("display() has been called
\n"); -
}
-
-
static
void staticdis() -
{
-
printf("staticDis() has been called\n");
-
}
文件分别编译通过,但是连接的时候找不到函数staticdis()的定义,产生错误。
定义静态函数的好处:
<1> 其他文件中可以定义相同名字的函数,不会发生冲突
<2> 静态函数不能被其他文件所用。
存储说明符auto,register,extern,static,对应两种存储期:自动存储期和静态存储期。
auto和register对应自动存储期。具有自动存储期的变量在进入声明该变量的程序块时被建立,它在该程序块活动时存在,退出该程序块时撤销。
关键字extern和static用来说明具有静态存储期的变量和函数。用static声明的局部变量具有静态存储持续期(static storage duration),或静态范围(static extent)。虽然他的值在函数调用之间保持有效,但是其名字的可视性仍限制在其局部域内。静态局部对象在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化。
由于static变量的以上特性,可实现一些特定功能。
1. 统计次数功能
声明函数的一个局部变量,并设为static类型,作为一个计数器,这样函数每次被调用的时候就可以进行计数。这是统计函数被调用次数的最好的办法,因为这个变量是和函数息息相关的,而函数可能在多个不同的地方被调用,所以从调用者的角度来统计比较困难。代码如下:
-
void
count(); -
int
main() -
{
-
int i;
-
for (i
= 1; i
<= 3; i++) -
count();
-
return
0; -
}
-
void
count() -
{
-
static num
= 0; -
num++;
-
printf(" I have been called %d",num,"times\n");
-
}
输出结果为:
I have been called 1 times.
C语言程序可以看成由一系列外部对象构成,这些外部对象可能是变量或函数。而内部变量是指定义在函数内部的函数参数及变量。外部变量定义在函数之外,因此可以在许多函数中使用。由于C语言不允许在一个函数中定义其它函数,因此函数本身只能是“外部的”。
由于C语言代码是以文件为单位来组织的,在一个源程序所有源文件中,一个外部变量或函数只能在某个文件中定义一次,而其它文件可以通过extern声明来访问它(定义外部变量或函数的源文件中也可以包含对该外部变量的extern声明)。
而static则可以限定变量或函数为静态存储。如果用static限定外部变量与函数,则可以将该对象的作用域限定为被编译源文件的剩余部分。通过static限定外部对象,可以达到隐藏外部对象的目的。因而,static限定的变量或函数不会和同一程序中其它文件中同名的相冲突。如果用static限定内部变量,则该变量从程序一开始就拥有内存,不会随其所在函数的调用和退出而分配和消失。
C语言中使用静态函数的好处:
- 静态函数会被自动分配在一个一直使用的存储区,直到退出应用程序实例,避免了调用函数时压栈出栈,速度快很多。
- 关键字“static”,译成中文就是“静态的”,所以内部函数又称静态函数。但此处“static”的含义不是指存储方式,而是指对函数的作用域仅局限于本文件。
使用内部函数的好处是:不同的人编写不同的函数时,不用担心自己定义的函数,是否会与其它文件中的函数同名,因为同名也没有关系。