LINUX-C成长之路（八）：存储类，动态内存

C语言有几个关键字，在定义一个变量或者一个函数的时候，指定其存储区域类型，被称为存储类关键字，它们是：

static，extern，register 和 auto

下面逐一讲解。

1，static

其实这个关键字有三个作用，而不仅仅是存储类型。请看下面代码：

// 1.修饰函数，使其只能在本文件可见
static void func(void)
{
    static int n = 0; // 2. 修饰局部变量，使其存储在静态区（存储类型）
    printf("%d\n", n);
}

static int global; // 3. 修饰全局变量，使其只能在本文件可见

注意到，static在C语言中的三个作用，其中第1和第3个作用其实都是一样的，改变的是函数或者变量的可见范围。只有当用static来修饰局部变量的时候，它的作用才是代表一个存储区域。

2，extern

extern关键字用来修饰一个标识符（变量或者函数）的声明，表明该标识符在“别的地方”有定义，参考以下代码：

extern int a; // 声明一个“别处”定义的全局变量，此处extern不可省略
extern int f(); // 声明一个“别处”定义的函数，此处extern可省略

“别处”的意思仅仅指不在当前位置，可能是别的文件，也可能是该文件的其他地方。注意，如果声明的是一个变量，那只能是全局变量，局部变量不能用extern来声明。

3，register

顾名思义，register用来修饰一个希望存放在寄存器中的变量，但是这仅仅是对系统的一个建议，寄存器是一种稀缺资源，能不能满足要求要看系统当时的情况。但是，不管系统是否真的将变量存入寄存器，程序都不能对该变量进行取址运算。另外，并不是什么变量都可以定义为register类型，因为寄存器的大小跟CPU的字长相关，一般在32位系统当中，寄存器也是32位的，因此可以将小于等于32位的变量声明为register型。

被声明位register类型的变量一般是因为程序对其读写性能很敏感，比如在底层操作系统中，要频繁地对某个变量进行读写，而且这个变量的读写速度直接影响到了程序的性能，是整个程序的热点也是瓶颈，那么就很有必要将其声明为register存储型。

4，auto

auto这个关键字就像signed一样，一般都会被省略。因为auto的含义是将一个变量存储在“自动”存储区，所谓的自动存储区就是进程的栈空间，而普通的局部变量默认就是存储在 栈空间的，所以没有必要再用auto来修饰。而auto又不能修饰全局变量，因为全局变量一定是存储在静态区的。请看下面的分析：

// 所有的全局变量统统存储在静态区
int g1;
static int g2; // static 跟存储类型无关，它改变的是g2的可见范围。

int main(void)
{
    int a; // 不需要auto修饰，默认就是自动变量，存储在栈空间
    static int b; // 被static修饰，存储在静态区
}

下面是每一种变量在内存空间中的分布情况：

注意上图中的用户栈和运行时堆，它们是会在程序运行时动态变化的，里面的变量时而诞生时而消亡，具体而言指的是：在栈中存在的变量都是局部变量（包括函数的形参），其生命周期是从定义它的语句开始，到离开其作用域为止。在堆中存在的变量都是所谓的动态内存，这些内存的生命周期都是由程序员指定的，从malloc()分配某块内存开始，到free()释放这块内存结束。堆和栈分别向上和向下的箭头代表它们在内存中的增长的趋势。

相对地，读写段（即静态区）、代码段、常量区等内存区域则在程序运行期间是“稳定”的，即不会被释放，这些区域的内容将会被一直保留，直到整个程序退出为止。

这里来着重强调一下堆和栈。

对于栈而言，要明确的一点是栈空间的大小是有限的，通常来讲，对于一个32位的系统而言，一个进程的默认栈空间是8M，如果是嵌入式LINUX系统，其栈空间的大小可能经过调整会更小，比如1M。（如果是多线程，多个线程的栈空间会一字排开，但是中间用零权限内存来构建一个警戒区加以保护）。而栈空间存放的是局部变量，因此，以下情况不适合使用局部变量：

第一，巨大的变量。比如一个2000个元素的数组，那么大的数据量很有可能使得栈溢出。

第二，动态的数据。比如一个动态增长的链表，虽然程序运行初时不大，但是程序无法预料以后该链表的节点数目，像这种动态的数据也不能用栈空间来存放。

由于栈空间的分配跟释放是由系统自动完成的，其执行效率高速度快，所以适合用来存放一些可以被临时释放的数据。

而堆空间，则是程序运行时大部分数据的真正的演练场，这部分空间的分配和释放完全由程序员来控制，因此也叫做内存的自由区，自由意味着谨慎，如果只分配不释放，内存就会很快被用光，因此，堆空间是一个需要你更加负责任的地方，请看下面的代码：

char * func(void)
{
	char *p = malloc(100); // 在堆空间中申请一块100bytes的内存
	return p; // 返回后，堆内存不会因为函数的退出而释放
}

int main(void)
{
	char *k;
	k = func();
	if(k == NULL)
		return -1; // 堆空间申请失败！
	... // 堆空间申请成功，并使用这块内存
	...
	free(k); // 释放这块内存
}

动态内存的使用有几点要注意：

1，使用完毕之后，一定要释放。

2，如果不释放，那么该块内存只能等到程序全部退出之后才能被释放。

3，free() 只能释放动态内存（即由malloc( ) 或者 calloc() 或者 realloc() 分配的内存）。

4，访问动态内存的唯一方式是采用指针，因为动态内存是匿名的。

以上代码中的第3行，用一个char型指针来索引这块动态内存，是因为char型指针可以很方便地遍历内存中的每一个字节。如果这块内存是用来存放特殊的数据类型，就用需要的类型指针来遍历即可。