局部变量、全局变量、堆、栈
预备知识—程序的内存分配
一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
- 栈区（stack）— 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
- 堆区（heap） — 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。
- 全局区/静态区（global/static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量、未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放 【静态存储区】
- 文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放
- 程序代码区—存放函数体的二进制代码。
一个正常的程序在内存中通常分为程序段、数据端、堆栈三部分。程序段里放着程序的机器码、只读数据，这个段通常是只读，对它的写操作是非法的。数据段放的是程序中的静态数据。动态数据则通过堆栈来存放。
在内存中，它们的位置如下：
+------------------+ 内存低端
| 程序段 |
|------------------|
| 数据段 |
|------------------|
| 堆栈 |
+------------------+ 内存高端
堆栈是内存中的一个连续的块。一个叫堆栈指针的寄存器（SP）指向堆栈的栈顶。堆栈的底部是一个固定地址。堆栈有一个特点就是，后进先出。也就是说，后放入的数据第一个取出。它支持两个操作，PUSH和POP。PUSH是将数据放到栈的顶端，POP是将栈顶的数据取出。
在高级语言中，程序函数调用、函数中的临时变量都用到堆栈。为什么呢？因为在调用一个函数时，我们需要对当前的操作进行保护，也为了函数执行后，程序可以正确的找到地方继续执行，所以参数的传递和返回值也用到了堆栈。通常对局部变量的引用是通过给出它们对SP的偏移量来实现的。另外还有一个基址指针（FP，在Intel芯片中是BP），许多编译器实际上是用它来引用本地变量和参数的。通常，参数的相对FP的偏移是正的，局部变量是负的。
当程序中发生函数调用时，计算机做如下操作：首先把参数压入堆栈；然后保存指令寄存器(IP)中的内容，做为返回地址(RET)；第三个放入堆栈的是基址寄存器(FP)；然后把当前的栈指针(SP)拷贝到FP，做为新的基地址；最后为本地变量留出一定空间，把SP减去适当的数值。
在函数体中定义的变量通常是在栈上，用malloc, calloc, realloc等分配内存的函数分配得到的就是在堆上。在所有函数体外定义的是全局量，加了static修饰符后不管在哪里都存放在全局区（静态区），在所有函数体外定义的static变量表示在该文件中有效，不能extern到别的文件用；在函数体内定义的static表示只在该函数体内有效。另外，函数中的"adgfdf"这样的字符串存放在常量区。
对比：
1 性能
栈：栈存在于RAM中。栈是动态的，它的存储速度是第二快的。stack
堆：堆位于RAM中，是一个通用的内存池。所有的对象都存储在堆中。heap
2 申请方式
stack【栈】: 由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间 。
heap【堆】: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数 如p1 = (char *)malloc(10); 在C++中用new运算符 如p2 = (char *)malloc(10); 但是注意：p1、p2本身是在栈中的。
3 申请后系统的响应
栈【stack】：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
堆【heap】：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序；另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。
4 申请大小的限制
栈【stack】：在Windows下，栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。
堆【heap】：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。
5 申请效率的比较
栈【stack】：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆【heap】：是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。
6 堆和栈中的存储内容
栈【stack】：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。
堆【heap】：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。
7 存取效率的比较
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的； 而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的； 但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
比如：
#include
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码
10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。
小结：
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：
使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。
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一般全局变量存放在数据区，局部变量存放在栈区，
动态变量存放在堆区，函数代码放在代码区。
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栈区是普通的栈数据结构,遵循LIFO后进先出的规则,局部变量安排在那里是ASM时就规定的,这样可以在一个函数结束后平衡堆栈,操作简单,效率高
堆(动态区)在这里应当叫堆栈(不要和数据结构中的堆搞混)是程序在编译时产生的一块用于产生动态内存分配使用的块,操作比较栈要麻烦许多,在分配时要判 断最优的地址(防止产生无用的内存碎片(由于屡次的NEW和DELETE产生的夹在两块使用中内存中的空余小内存(不容易被分配))),分配和回收时的效 率比栈低多了
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栈是系统提供的功能，特点是快速高效，缺点是有限制，数据不灵活；而堆是函数库提供的功能，特点是灵活方便，数据适应面广泛，但是效率有一定降低。栈是系 统数据结构，对于进程/线程是唯一的；堆是函数库内部数据结构，不一定唯一。不同堆分配的内存无法互相操作。栈空间分静态分配和动态分配两种。静态分配是 编译器完成的，比如自动变量(auto)的分配。动态分配由malloc函数完成。栈的动态分配无需释放(是自动的)，也就没有释放函数。为可移植的程序 起见，栈的动态分配操作是不被鼓励的！堆空间的分配总是动态的，虽然程序结束时所有的数据空间都会被释放回系统，但是精确的申请内存/ 释放内存匹配是良好程序的基本要素。
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堆是程序员管理的,栈是系统管理的.
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另外关于静态和全局的一些问题：
静态变量的特点：
1、 一次存储：静态局部变量只被初始化一次，下一次初始化根据上一次的结果值，有点类似于c++中类的静态成员变量，即无论该类型生成多少个实例对象，所有的对象共用一个静态变量，到这里就是无论这个函数调用多少次，该静态变量只初始化一次，并没有因为超出其生存期而被销毁，只是外部不可见而已，用个例子说明之：
void fun1( int v )
{
static int value = v;
static int value = v;
}
int main( int arc, char *args[ ])
{
fun1( 50 );
fun1( 100 );
}
执行的结果是：value : 50 value : 50
说明在第二次调用fun1( )时的初始化value的采用的是上一次value的值，value在静态区的存储空间并没有因为fun1( )的结束而被释放，即体现了一次存储；
2、 作用域限定：静态修饰的作用域限定功能同时体现在函数与变量上；
a)对于函数而言，任何用static修饰的函数，其作用域仅为当前源文件，而对外部来说这个函数是不可见的，即只有和其在同一源文件中的函数才能调用这个静态函数；反过来说，如果一个函数仅仅被同一源文件中的其他函数调用，那么这个函数应该声明为静态的，这样做的好处在于：可以一定程度上的解决不同源文件之间函数的命名冲突问题；
b)对于变量而言，static修饰的全局变量，只在当前源文件中有效，对外部不可见，外部文件不能够引用；
顾名思义，全局变量是指能够在全局引用的变量，相对于局部变量的概念，也叫外部变量；同静态变量一样，全局变量位于静态数据区，全局变量一处定义，多处引用，用关键字“extern”引用“外部”的变量。
全局变量也可以是静态的，在前面有过说明，静态全局变量的意义就是不让“外部”引用，是单个源文件里的全局变量，即是编译阶段的全局变量，而不是连接阶段的全局变量。
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通过上面的分析，我们不难得出以下结论：
1.静态函数与普通函数的区别在于：静态函数不可以被同一源文件以外的函数调用。
2.静态局部变量与普通局部变量的区别在于：静态局部变量只初始化一次，下一次初始化实际上是依然是上一次的值；
3.静态全局变量与普通全局变量的区别在于：静态全局变量的作用域仅限于所在的源文件。
