栈 , 堆 , 静态存储区

本文详细介绍了程序中的栈、堆和静态存储区的概念及其用途。栈用于维护函数调用上下文,堆为程序提供动态内存空间,而静态存储区则用于存储全局变量和静态变量。

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程序中的 栈

栈是现代计算机程序里最为重要的概念之一。
栈在程序中用于维护函数调用上下文,没有栈就没有函数,没有局部变量。main函数也会用到栈。

不可以返回一个指向局部变量的指针,因为函数返回后,局部变量被释放。但是可以返回局部变量的值。

栈保存了一个函数调用所需的维护信息:

  • 函数参数,函数返回地址
  • 局部变量
  • 函数调用上下文

这里写图片描述

程序中的 堆

为什么有了栈还需要堆?
栈上的数据在函数返回后就会被释放掉,无法传递到函数外部,如:局部数组。

堆是程序中预留的一块巨大的内存空间,可由程序自由使用。
堆中被程序申请使用的内存在程序主动释放前将一直有效。
堆空间通过申请才能获得!
malloc函数申请的空间就是堆中的空间。

系统对堆空间的管理方式:
空闲链表法位图法对象池法等等

简介一下空闲链表法:
这里写图片描述
链表中每个元素都是一个指向一定大小空间的指针。
当申请一个4字节的空间时,编译器会在链表中找一个最接近4字节的空间的指针,如5字节。然后把12字节后面的指针指向50字节处,也就是把5字节的单元踢出去。函数就返回指向5字节空间的那个指针。因此malloc分配的空间都会稍大一点。free释放空间后,就在链表中再插入一个单元。只使用不归还就会导致节点用完,表头指向NULL,这时malloc就返回NULL。

程序中的静态存储区

程序静态存储区随着程序的运行而分配空间,直到程序运行结束时被释放。

在程序的编译期静态存储区的大小就已经确定。
程序的静态存储区主要用于保存程序中的全局变量和静态变量,因此全局变量和静态变量的总和就是静态存储区的大小

与栈和堆不同,静态存储区的信息最终会保存到可执行程序中。

小结

栈,堆和静态存储区是C语言程序常涉及的三个基本内存区,分工明确:
栈区主要用于函数调用的使用
堆区主要是用于内存的动态申请和归还
静态存储区用于保存全局变量和静态变量

### 静态局部变量、静态全局变量、全局变量和局部变量的存储位置 #### 静态局部变量 静态局部变量存储在**静态存储区**,而非中。这种变量在其首次定义时被初始化,并在整个程序运行过程中持续存在[^1]。这使得静态局部变量能够在函数调用之间保持其值不变。 #### 静态全局变量 静态全局变量同样位于**静态存储区**。虽然它的作用域受限于定义它的文件内,但它与其他全局变量一样,在程序启动时分配内存,并一直保留到程序结束[^3]。 #### 全局变量 全局变量也存放在**静态存储区**。它们在整个程序范围内可访问(除非被声明为静态),并且像静态全局变量一样,在程序加载时分配空间并保持有效直到程序终止[^4]。 #### 局部变量 普通局部变量则位于**区**。每次进入新的作用域(如函数或循环体内)都会创建这些临时使用的变量;当退出相应的作用域后,这些局部变量会被立即销毁,其所占用的空间也会被释放回系统以供后续使用[^2]。 --- ### 静态存储区的区别 #### - **特点**: 动态分配,由程序员显式请求(如 C 中的 `malloc` 或 C++ 中的 `new`)并负责释放(如 `free` 或 `delete`)。如果未能正确释放可能会导致内存泄漏。 - **适用场景**: 大型数据结构或需要跨多个函数甚至模块共享的数据对象。 - **生命周期**: 从分配开始至显式释放为止。 #### - **特点**: 自动管理,遵循先进后出原则(LIFO)。随着函数调用与返回自动完成内存分配与回收。 - **适用场景**: 小规模、短寿命的数据项,尤其是函数参数及局部变量。 - **生命周期**: 函数调用期间有效,离开作用域即刻消失。 #### 静态存储区 - **特点**: 编译期已知大小且固定不变的数据存放于此,包括所有全局变量、静态变量等。这部分内存由操作系统统一管理和维护,无需开发者介入。 - **适用场景**: 数据需贯穿整个程序执行周期的情况,例如配置选项或其他持久状态信息。 - **生命周期**: 整个程序运行期间始终存在,随进程终结而清除。 ```c++ // 示例代码展示不同类型的变量及其存储位置 #include <iostream> using namespace std; int globalVar = 0; // 全局变量,位于静态存储区 void exampleFunction() { static int staticLocalVar = 0; // 静态局部变量,位于静态存储区 int localVar = 0; // 普通局部变量,位于区 cout << "Global Variable Value: " << ++globalVar << endl; cout << "Static Local Variable Value: " << ++staticLocalVar << endl; cout << "Local Variable Value: " << ++localVar << endl; } int main(){ exampleFunction(); exampleFunction(); // 输出显示静态局部变量的状态得以维持 } ```
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