C语言之存储类型及内存管理

一. 存储类

一个变量在程序中的存在一般可以从时间和空间两个角度去描述。
时间就是变量在内存中存活的时间即存储时期。空间可以从变量的作用域和链接属性去描述。

1.作用域

C变量的作用域分为代码块作用域，函数原型作用域，文件作用域3种。
代码块作用域：从该变量被定义的地方到包含该定义的代码块的末尾该变量均可见。比如函数，复合语句
函数原型作用域：从变量定义处一直到原型声明的末尾。在该作用域中，编译器只关心参数类型，但是变长数组除外。

void test(int n,int m,char A[n][m])

文件作用域：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定义处到文件结尾处都是可见的。

2.链接

C语言的链接分为外部链接，内部链接，空链接。
空链接：具有代码块作用域和函数原型作用域的变量有空链接，即该变量被代码块和函数原型私有。
外部链接：具有文件作用域的非static变量有外部链接，可以在多文件的任何地方使用。
内部链接：具有文件作用域的static变量有内部链接，可以在该变量所在文件的任何地方使用。
具有文件作用域的变量，static表示链接属性
具有代码块作用域的变量，static表示存储时期

3.存储时期

C语言变量有两种存储时期，静态存储时期和自动存储时期。
静态存储时期：程序执行期间一直存在，即变量所占内存一经分配一直存在
自动存储时期：使用时分配内存，不使用释放内存

具有文件作用域的变量都具有静态存储时期。
具有代码块作用域的静态变量具有静态存储器。

4.存储类

auto 自动变量

在代码块和函数实参里定义的非static变量都是自动变量。自动变量具有自动存储时期，代码块作用域，空链接。

自动变量也就是局部变量，未初始化的情况下，该变量的初值是先前占用分配给它的空间的任意值，不一定是0。

例如：存在局部变量A和B，A在B执行之前释放内存，如果B没有初始化且B被分配的内存恰巧就是之前A所占的内存，那么B的初值可能是A的值，也可能是其他值，由编译器决定。换句话说就是B的初值不可预知。

嵌入式中的寄存器配置异常一般都是这个问题，寄存器相关变量一定要初始化。
切记！切记！切记！

全局变量不初始化的话默认为0，但是初始化，不初始化差别很大。全局变量初始化的，编译器标记为强符号，未初始化标记位弱符号。

如果有多个重名强符号报错。

如果有一个强符号，多个弱符号，以强符号为准。

如果为多个重名弱符号，任选一个。

register 寄存器变量

寄存器变量是存放在CPU的寄存器中的，一般变量都是存放在内存中的。

放在寄存器中的变量有两个特点：一个是运算速度快，一个是不能取地址。
不同的CPU对寄存器变量的数目和类型的限制是不同的，并不是所有类型的变量都可以定义为寄存器变量。寄存器变量一般是使用频繁的变量。

代码块作用域的静态变量

静态变量是指变量的位置固定不变，具有文件作用域（全局）的变量自动具有静态存储时期。

具有代码块作用域（局部）的静态变量在函数完成处理后变量并不消失，从这次函数调用到下一次函数调用，内存都记录着它们的值，直到整个程序结束。

外部链接（全局）的静态变量

具有外部链接的静态变量具有文件作用域，外部链接，静态存储期。这一类型变量被称为外部变量。如果变量在别的文件定义，在另一个文件使用该变量用extern声明是必须的。

定义声明和引用声明：
定义声明：定义声明是指该变量（具有文件作用域，外部链接）之前未曾定义进行首次定义，变量 tern 为定义声明。

int tern; //定义声明
test()
{ }

引用声明：引用声明是告诉编译器该变量在之前的某个地方定义过，不需要重新定义，是需要引用而已。

/*文件A*/
int tern; //定义声明

/*文件B/
extern int tern; //引用声明

内部链接的静态变量

内部链接的静态变量具有文件作用域，静态存储期，内部链接。该变量通过static修饰符在所有函数外部定义。该变量只能被该文件内的函数使用。

5.存储类说明符

说明符	作用
auto	显示的表明变量具有自动存储时期，只用在代码块作用域中
register	只能用于具有代码块作用域的变量，将变量存储在寄存器中，方便快速的读取
static	用于具有代码块作用域的变量，使变量具有静态存储时期；用于具有文件作用域的变量，使变量具有内部链接
extern	声明一个已经在别处定义的变量

二.内存分配

1.内存区

栈区
编译器自动分配释放，存储的是函数形参，局部变量等

堆区
由程序员分配释放
堆和栈的区别：由系统自动分配释放，堆由程序员自动分配释放。C中由函数malloc分配，free释放。C++中由new分配，delete释放。

全局区
由编译器分配，直到程序运行结束释放。存储的是全局变量和静态变量。
初始化的全局变量和静态变量放在data段，未初始化的全局变量放在bss段。
全局变量也可由程序员指定地址 attribute（）
https://blog.youkuaiyun.com/qlexcel/article/details/92656797.

文字常量区
常量数据存储位置

程序代码区
代码存储位置

2.malloc( )和free( )

C中堆区的分配使用malloc函数，释放使用free函数。
malloc（）的参数是内存字节数，调用malloc可以在内存中找到一块大小合适的块，返回的是内存第一个字节的地址，可以将返回值赋值给指针变量。如果内存中没有足够的空间则malloc返回空指针。

每次malloc一块内存，使用结束后都要free。free()的参数是动态分配的内存的首地址。

double* ptd; //定义一个double类型的指针
ptd=(double*)malloc(10*sizeof(double)); //分配10个double大小的内存区，malloc的返回值强制转换为double类型的指针
free(ptd);//释放内存