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一、静态内存

内存管理---存储模型

存储模型决定了一个变量的内存分配方式和访问特性，在C语言中主要有三个维度来决定：1、存储时期 2、作用域 3、链接

1、存储时期

存储时期：变量在内存中的保留时间(生命周期)

存储时期分为两种情况，关键是看变量在程序执行过程中会不会被系统自动回收掉。

1) 静态存储时期 Static

在程序执行过程中一旦分配就不会被自动回收。

通常来说，任何不在函数级别代码块内定义的变量。

无论是否在代码块内，只要采用static关键字修饰的变量。

2) 自动存储时期 Automatic

除了静态存储以外的变量都是自动存储时期的，或者说只要是在代码块内定义的非static的变量，系统会肚脐自动非配和释放内存;

2、作用域

作用域：一个变量在定义该变量的自身文件中的可见性(访问或者引用)

在C语言中，一共有3中作用域：

1) 代码块作用域

在代码块中定义的变量都具有该代码的作用域。从这个变量定义地方开始，到这个代码块结束，该变量是可见的;

2) 函数原型作用域

出现在函数原型中的变量，都具有函数原型作用域，函数原型作用域从变量定义处一直到原型声明的末尾。

3) 文件作用域

一个在所有函数之外定义的变量具有文件作用域，具有文件作用域的变量从它的定义处到包含该定义的文件结尾处都是可见的;

3、链接

链接：一个变量在组成程序的所有文件中的可见性(访问或者引用);

C语言中一共有三种不同的链接：

1) 外部链接

如果一个变量在组成一个程序的所有文件中的任何位置都可以被访问，则称该变量支持外部链接;

2) 内部链接

如果一个变量只可以在定义其自身的文件中的任何位置被访问，则称该变量支持内部链接。

3) 空链接

如果一个变量只是被定义其自身的当前代码块所私有，不能被程序的其他部分所访问，则成该变量支持空链接。

我们来看一个代码示例：

[cpp] view plain copy

1. #include

2.

3. int a = 0;// 全局初始化区

4. char *p1; //全局未初始化区

5.

6. int main()

7. {

8. int b; //b在栈区

9. char s[] = "abc"; //栈

10. char *p2; //p2在栈区

11.

12. char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区，p3在栈上。

13. static int c =0; //全局(静态)初始化区

14.

15. p1 = (char *)malloc(10);

16. p2 = (char *)malloc(20); //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。

17.

18. strcpy(p1, "123456"); //123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。

19. }

二、动态内存

当程序运行到需要一个动态分配的变量时，必须向系统申请取得堆中的一块所需大小的存储空间，用于存储该变量。当不在使用该变量时，也就是它的生命结束时，要显示释放它所占用的存储空间，这样系统就能对该空间 进行再次分配，做到重复使用有线的资源。下面介绍动态内存申请和释放的函数。

1.1 malloc 函数

malloc函数原型：

[cpp] view plain copy

1. #include

2.

3. void *malloc(size_t size);

size是需要动态申请的内存的字节数。若申请成功，函数返回申请到的内存的起始地址，若申请失败，返回NULL。我们看下面这个例子：

[cpp] view plain copy

1. int *get_memory(int n)

2. {

3. int *p;

4. p = (int *)malloc(sizeof(int));

5. if(p == NULL)

6. {

7. printf("malloc error\n");

8. return p;

9. }

10.

11. memset(p,0,n*sizeof(int));

12. }

使用该函数时，有下面几点要注意：

1)只关心申请内存的大小;

2)申请的是一块连续的内存。记得一定要写出错判断;

3)显示初始化。即我们不知这块内存中有什么东西，要对其清零;

1.2 free函数

在堆上分配的额内存，需要用free函数显示释放，函数原型如下：

[cpp] view plain copy

#include

void free(void *ptr);

使用free(),也有下面几点要注意：

1)必须提供内存的起始地址;

调用该函数时，必须提供内存的起始地址，不能够提供部分地址，释放内存中的一部分是不允许的。

2)malloc和free配对使用;

编译器不负责动态内存的释放，需要程序员显示释放。因此，malloc与free是配对使用的，避免内存泄漏。

[cpp] view plain copy

free(p);

p = NULL;

p = NULL是必须的，因为虽然这块内存被释放了，但是p仍指向这块内存，避免下次对p的误操作;

3)不允许重复释放

因为这块内存被释放后，可能已另分配，这块区域被别人占用，如果再次释放，会造成数据丢失;

2、我们经常将堆和栈相比较：

2.1申请方式

stack: 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: 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);

2.2 申请后系统的响应

栈：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：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。

2.3申请大小的限制

栈：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，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：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。

2.4申请效率的比较：

栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

堆是由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。

2.5堆和栈中的存储内容

栈： 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：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

2.6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：

[cpp] view plain copy

1. #include

2. void main()

3. {

4. char a = 1;

5. char c[] = "1234567890";

6. char *p ="1234567890";

7. a = c[1];

8. a = p[1];

9. return;

10. }

对应的汇编代码

[cpp] view plain copy

1. 0: a = c[1];

2. 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]

3. 0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl

4. 11: a = p[1];

5. 0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]

6. 00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]

7. 00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al

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