《c primer plus》c语言学习笔记整理（十二）-存储类别、链接和内存管理

第十二章 存储类别、链接和内存管理

1.存储类别

（1）作用域
1）块作用域：局部变量（包括函数形式参数）都具有块作用域，变量可见范围是从定义处到包含该定义的块的末尾，定义在块中的变量具有块作用域
2）函数作用域：仅用于goto语句。
3）函数原型作用域：用于函数原型中的形参名（变量名），函数原型作用域的范围是从形参定义处到原型声明结束。
4）文件作用域：具有文件作用域的变量从定义处到该定义所在文件的末尾均可见。变量的定义在函数外面。
（2）链接
1）外部链接：具有文件作用域的变量
2）内部链接：具有文件作用域的变量
3）无链接：具有块作用域、函数作用域、函数原型作用域的变量
注：文件作用域：内部链接的文件作用域；
"全局作用域"或“程序作用域”：外部链接的文件作用域
（3）存储期
作用域和链接描述了标识符的可见性。存储期描述了通过这些标识符访问的对象的生存期。
1）静态存储期：在程序执行期间一直存在。对于文件作用域变量，关键字static表明了其链接属性，而非存储期，以static声明的文件作用域变量具有内部链接。
2）线程存储期：用于并发程序设计，程序执行被分为多个线程。具有线程存储期的对象，从被声明到线程结束时一直存在。以关键字_Thread_local声明一个对象时，每个进程都获得该变量的私有备份。
3）自动存储期：块作用域的变量通常具有自动存储期。进入定义变量的块时，分配内存，退出块时，释放内存。
4）动态分配存储期
注：块作用域变量也可以具有静态存储期，变量声明在块中，前面加上关键字static。
（4）自动变量
1）默认情况下，声明在块或者函数头中的任何变量都属于自动存储类别。
2）auto关键字在C++中用法完全不同，如果编写C/C++兼容的程序，最好不要使用auto作为存储类别说明符。
3）自动变量的初始化：可以用非常量表达式初始化自动变量，前提是所用的变量前面已经定义过。
4）如果内层块中生命的变量与外层块中变量同名，内层块会隐藏外层块的定义。
5）作为循环或if语句的一部分，即使不用花括号（{}），也是一个块。整个循环是它所在块的子块，循环体是整个循环块的子块，与此类似，if语句是一个块，与其相关联的子语句是if语句的子块。
（5）寄存器变量
1）储存在最快的可用内存中，访问和处理这些变量速度更快
2）无法获取寄存器变量的地址
3）绝大多数方面，与自动变量一样，块作用域，无链接，自动存储期
4）使用存储类别说明符register便可声明。
5）可声明为register的数据类型有限（寄存器可能没足够大空间存储double类型的值）
（6）块作用域的静态变量（局部静态变量）
1）存储类别：内部静态存储类别（内部指的是函数内部）
2）静态的意思是该变量在内存中原地不动，并不是说值不变
3）具有文件作用域的变量自动具有（也必须是）静态存储期
4）这类变量和自动变量一样，具有相同的作用域，但是程序离开它们所在的函数后，这些变量不会消失（块作用域）
5）在块中（提供作用域和无链接）用以存储类型说明符static（提供静态存储期）声明这种变量。
（7）外部链接的静态变量
1）具有文件作用域、外部链接、静态存储期
2）把变量的定义性声明放在所有函数的外面便创建了外部变量
3）为了指出该函数使用了外边变量，可以在函数中用关键字extern再次声明。
4）如果一个源代码文件使用的外部变量定义在另一个源代码文件中， 则必须用extern在该文件中声明该变量。
5）执行块中的语句的时候，块作用域中的变量将“隐藏”文件作用域中的同名变量，如果不得已要使用与外部变量同名的局部变量（可以在局部变量的声明中使用auto存储类别说明符明确明确表明这种意图）
6）外部变量作用域：从声明处到文件结尾
7）初始化变量：与自动变量不同，如果未初始化外部变量，他们会被自动初始化为0。这一原则也适用于外部定义的数组元素。与自动变量情况不同，只能使用常量表达式初始化文件作用域变量
8）不要用关键字extern创建外部定义，只用它来应用现有的外部定义
9）外部变量只能初始化一次，且必须在定义该变量时进行。
10）外部名称：C99和C11标准都要求编译器识别局部标识符的前63个字符和外部标识符的前31个字符。（外部变量名规则更加严格，因为其遵循局部环境规则，所受的限制更多）
（8）内部链接的静态变量
1）具有静态存储期、文件作用域、内部链接
2）在所有函数的外部（这点和外部变量相同）用存储类别说明符static定义的变量具有这种存储类别
（9）多文件
1）C通过在一个文件中进行定义式声明， 然后再其他文件中进行引用式声明来实现共享，也就是除了一个定义式声明外，其他声明都要使用extern关键字。
2）只有定义式声明才可以初始化变量
3）如果外部变量定义在一个文件中，那么其他文件在使用该变量之前必须先声明它（用extern关键字）
（10）存储类别说明符
（11）存储类别和函数
1）函数也有存储类别，可以是外部函数（默认）或静态函数，C99增加了第3种类别-内联函数
2）外部函数可以被其他文件的函数访问，但是静态函数只能用于其定义所在的文件。
3）通常做法：用extern关键字声明定义在其他文件的函数。这样做是为了表明当前文件中使用的函数被定义在别处。除非使用static关键字，否则一般函数声明都默认为extern。
（12）存储类别的选择
1）C语言有6个关键字作为存储类别说明符：auto、register、static、extern、_Thread_local和typedef。
2）在绝大多数情况下，不能在声明中使用多个存储类别说明符，唯一的例外是_Thread_local，可以和extern或static一起使用。
3）auto：表明变量是自动存储类别，只能用于块作用域的变量声明中。由于在块中声明的变量本身就具有自动存储期，所以使用auto主要是为了明确表达要使用与外部变量同名的局部变量的意图。
4）register：也只用于块作用域的变量
5）static：具有静态存储器的对象，载入程序时创建对象，程序结束后对象消失。用于文件作用域的声明，作用域受限于该文件；用于块作用域声明，作用域受限于该块。
6）extern：表明声明的变量定义在别处。如果包含extern的声明具有文件作用域，则引用的变量必须具有外部链接；如果包含extern的声明具有块作用域，引用的变量可能具有外部链接或内部链接，这接取决于该变量的定义式声明。
1）绝大多数选择”自动存储类别“，这是默认类型
2）保护性程序设计的环境原则：“按需知道”原则。尽量在函数内部解决该函数的任务，只共享那些需要共享的变量。
3）在使用其他类别之前要考虑下是否有必要这么做。
2.随机数函数和静态变量
（1）使用内部链接的静态变量的函数：随机数函数
（2）自动重置种子
1）如果c实现允许访问一些可变的量（如，时钟系统），可以用这些值（可能被截断）初始化种子值，time.h,time()返回值的类型名为time_t，具体类型与系统有关，time（）接受的参数是一个time_t类型的地址，而时间值就存储在传入的地址上
（3）
3.分配内存malloc（）和free（）
（1）malloc（）函数：
1）接受一个参数-所需的内存字节数。会找到合适的空闲内存块，这样的内存块是匿名的，malloc（）分配内存，但是不会为其赋名，返回动态分配内存的首字节地址。可以把该地址赋给一个变量，并使用指针访问这块内存
2）从ANSI C标准开始，C使用一个新的类型：指向void的指针。该类型相当于一个“通用指针”，可用于返回数组指针、指向结构的指针；所以通常该函数的返回值会被强制转换为匹配的类型。把指向void的指针赋给任意类型的指针完全不考虑类型匹配的问题。
3）我们用malloc（）创建一个数组的时候，除了用malloc（）在程序运行时请求一块内存，还需要一个指针记录这块内存的位置。
4）可以使用数组名表示指针，也可以用指针表示数组
（2）free（）的作用
1）malloc通常要和free配套使用，free（）函数参数是之前malloc（）返回的地址，该函数释放之前malloc（）分配的内存。free函数只释放其参数所指向的内存块。
2）使用malloc（）函数，程序可以在运行时才确定数组大小
3）malloc（）可能分配不到所需的内存，在这种情况下，该函数返回空指针，程序结束。
4）为了保险起见，请使用free（）释放malloc（）函数分配的内存，不要依赖操作系统来清理。在函数末尾处调用free（）函数可以避免内存泄漏
（3）calloc（）函数
1）与malloc类似，ANSI之前，返回指向char的指针，之后，返回指向void的指针。
2）接收两个无符号整数作为参数（ANSI规定是size_t类型）。第一个参数为所需存储单元数量，第二个参数为存储单元大小（以直接为单位）
3）特性：把块中所有位都设置为0
4）free（）函数也可用于calloc（）分配内存的释放
（4）动态内存分配与变长数组
1）区别：变长数组是自动存储类别，另一方面，用malloc（）函数创建的数组不必局限于一个函数内访问（比如malloc（）创建数组，由free（）这另一个函数释放，free（）所用的指针变量可以和malloc（）的指针变量不同，但是两个指针必须储存相同的地址），但是不可以释放同一块内存两次。
2）对于多维数组，使用变长数组更加方便，当然也可以用malloc（）创建二维数组，但是语法比较繁琐。
（5）存储类别与动态内存分配
程序把可用内存分为3部分：
1）静态存储类别变量使用的内存：所用的内存数量在编译时确定，只要程序还在运行，就可以访问储存在该部分的数据。该类别的变量在程序开始执行时被创建，在程序结束时被销毁。
2）自动存储类别变量使用的内存：这部分内存通常作为栈来处理，新创建的变量按顺序加入内存，然后以相反的顺序销毁。
3）动态分配的内存：内存块可以在一个函数内创建，另一个函数内销毁，这部分的内存用于动态内存分配会支离破碎，未使用的内存块分散在已使用的内存块之间，且使用动态内存通常比栈慢。
4.ANSI C类型限定符
（1）const类型限定符
（2）volatile类型限定符
（3）restrict类型限定符
（4）_Atomic类型限定符（C11）
（5）旧关键字的新位置