C语言作用域与内存结构

目录

• C语言作用域
• 全局变量与局部变量
• 静态变量
  • 静态局部变量
  • 静态全局变量
• 总结表
• 内存四区模型
  • 概论
  • 程序运行之前
  • 程序运行之后
  • 栈区
  • 堆区
• 总结

C语言作用域

• 一共分为三种：
  ** 代码块作用域，即一个单独的{}抱起来的代码块部分
  ** 函数作用域，函数内部代码块
  ** 文件作用域，一个.c或.h文件内部

全局变量与局部变量

• 局部变量就是在{}中的变量，比如函数中定义的，或者形参等。其生命周期即从创建到函数结束。
• 全局变量即不再任何{}中的变量，其生命周期是从程序运行一直到结束。
• 全局变量可以跨文件使用。即如果在C语言源文件t1.c中定义了变量a，可以在源文件t2.c中使用t1.c中的变量a，并且不用导入t1.c。t2.c中只需要在使用a之前声明一下，即 extern int a。该声明意味着变量a是在其它文件中定义的变量。因为全局变量可以跨文件使用，所以不同文件中不能有相同名称的全局变量。
• 当然，所有函数都是全局的，可以跨文件使用，如果要在一个文件中使用另一个文件中定义的函数，也是只需要声明即可。
• 跨文件编程的时候，一般常用函数和变量放在一个源文件中，函数和变量的声明放在一个头文件中，而在主文件中使用这些函数时只需要导入头文件，在预处理阶段会将头文件展开，即将函数和变量的声明复制到了主文件中。

静态变量

• 用static修饰的变量即为静态变量
• 静态变量作用有三个，一是使得该变量只能初始化一次，二是限定全局变量的作用域，三是延长局部变量的声明周期。

静态局部变量

• 用static修饰局部变量，此时该变量只能初始化一次，比如在一个函数中定义了一个静态局部变量，即使多次调用该函数，也只初始化一次，从第二次调用该函数开始，静态局部变量的初始化语句都会被跳过执行。
• 静态局部变量的声明周期变成了从初始化一直到程序运行结束。

静态全局变量

• 本来全局变量作用域是跨文件的，但是用static修饰之后将其作用域限定在了本文件内。

总结表

内存四区模型

概论

• C语言的内存四区模型，是在编译阶段确定的，其实本质上是汇编阶段吧，把程序指令代码都放在代码区，把生命周期是从程序运行到结束的数据都放在数据区。栈区中的内容是动态变化的，毕竟，一个程序的执行过程可以认为是一个个函数的调用过程，首先开始运行的当然是主函数，注意，每个函数对应的指令都在代码区，然后当调用某个函数的时候，就会在栈区给该函数分配一块区域，用来放该函数中的一些局部变量等数据，当该函数执行完毕后，栈区就释放了。需要注意的是，由于栈区通常很小，可能只有1M，因此只有C语言中将数组放在了栈区，太容易爆栈了。
  
  

程序运行之前

• 在程序编译好之后，运行之前，只有代码区（text）和数据区，其中数据区可以分为初始化的数据（data）和未初始化的数据（bss），从另一个角度也可以分为静态区，全局区，以及常量区（常量区中的内容一旦初始化就不可改变，注意const全局变量在常量区，但是const局部变量在栈区，const全局变量永远都不能修改，const局部变量虽然不能用变量名直接修改，但是可以用指针间接修改），当然这种分类不是严格的。

• 为什么程序运行之前就会分区呢？其实是在汇编阶段实现的，我们知道汇编语言中可以用段寄存器CS、DS等来指定某段内存是代码段、数据段，这就是C语言中的代码区、数据区等，因此当编译成汇编语言的时候，其实就已经有了这些区。

• 为什么说全局变量和静态变量是在编译阶段分配内存的？其实这里分配的只是地址而已，并没有真正地分配内存空间。分配的是虚拟地址。

程序运行之后

• 在程序运行起来之后，会加上堆区和栈区。

栈区

• 是一种先进先出的数据结构，每个函数对应了自己的调用栈。刚开始肯定是主函数main，然后将主函数中响应的局部变量压入主函数栈，然后主函数中如果调用了其它子函数，则系统给子函数分配自己的栈区，在里边给子函数的局部变量分配内存空间。当子函数执行完毕，则将栈区对应的东西出栈即可。
• 栈空间由系统自动开辟和释放，不用用户控制。
• 栈空间非常小，1M差不多，因此存放写变量之类的还行，像数组、字符串之后的东西就不合适了。

堆区

• 堆区由程序员手动申请，手动释放，若不手动释放，则程序运行结束后由系统回收，生命周期是整个程序运行期间（注意，即便是子函数中申请的堆空间，子函数返回之后也不会自动释放，也是要等到整个程序运行结束）。

总结