C/C++ 中堆和棧及靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)詳解

 　　五大內(nèi)存分區(qū)

　　在C++中，內(nèi)存分成5個區(qū)，他們分別是堆、棧、自由存儲區(qū)、全局/靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)。下面分別來介紹：

　　棧，就是那些由編譯器在需要的時候分配，在不需要的時候自動清除的變量的存儲區(qū)。里面的變量通常是局部變量、函數(shù)參數(shù)等。

　　堆，就是那些由new分配的內(nèi)存塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應(yīng)用程序去控制，一般一個new就要對應(yīng)一個delete。如果程序員沒有釋放掉，那么在程序結(jié)束后，操作系統(tǒng)會自動回收。

　　自由存儲區(qū)，就是那些由malloc等分配的內(nèi)存塊，他和堆是十分相似的，不過它是用free來結(jié)束自己的生命的。 

　　全局/靜態(tài)存儲區(qū)，全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中，在以前的C語言中，全局變量又分為初始化的和未初始化的，在C++里面沒有這個區(qū)分了，他們共同占用同一塊內(nèi)存區(qū)（未初始化的變量都被初始化成0或空串，C中也一樣）。 

　　常量存儲區(qū)，這是一塊比較特殊的存儲區(qū)，他們里面存放的是常量，不允許修改（當(dāng)然，你要通過非正當(dāng)手段也可以修改，而且方法很多）。

　　明確區(qū)分堆與棧：

　　在bbs上，堆與棧的區(qū)分問題，似乎是一個永恒的話題，由此可見，初學(xué)者對此往往是混淆不清的，所以我決定拿他第一個開刀。

　　首先，我們舉一個例子：

void f() { int* p=new int[5]; }

　　上面這條短短的一句話就包含了堆與棧，看到new，我們首先就應(yīng)該想到，我們分配了一塊堆內(nèi)存，那么指針p呢？他分配的是一塊棧內(nèi)存，所以這句話的意思 就是：在棧內(nèi)存中存放了一個指向一塊堆內(nèi)存的指針p。在程序會先確定在堆中分配內(nèi)存的大小，然后調(diào)用operator new分配內(nèi)存，然后返回這塊內(nèi)存的首地址，放入棧中，他在VC6下的匯編代碼如下：

00401028 push 14h

0040102A call operator new (00401060)

0040102F add esp,4

00401032 mov dword ptr [ebp-8],eax

00401035 mov eax,dword ptr [ebp-8]

00401038 mov dword ptr [ebp-4],eax

　　這里，我們?yōu)榱撕唵尾]有釋放內(nèi)存，那么該怎么去釋放呢？是delete p么？哦，錯了，應(yīng)該是delete []p，這是為了告訴編譯器：我刪除的是一個數(shù)組，VC6就會根據(jù)相應(yīng)的Cookie信息去進行釋放內(nèi)存的工作。 

　　好了，我們回到我們的主題：堆和棧究竟有什么區(qū)別？ 

　　主要的區(qū)別由以下幾點：

　　1、管理方式不同；

　　2、空間大小不同；

　　3、能否產(chǎn)生碎片不同；

　　4、生長方向不同；

　　5、分配方式不同；

　　6、分配效率不同；

　　管理方式：對于棧來講，是由編譯器自動管理，無需我們手工控制；對于堆來說，釋放工作由程序員控制，容易產(chǎn)生memory leak。

　　空間大?。阂话銇碇v在32位系統(tǒng)下，堆內(nèi)存可以達到4G的空間，從這個角度來看堆內(nèi)存幾乎是沒有什么限制的。但是對于棧來講，一般都是有一定的空間大小的，例如，在VC6下面，默認的?？臻g大小是1M（好像是，記不清楚了）。當(dāng)然，我們可以修改：

　　打開工程，依次操作菜單如下：Project->Setting->Link，在Category 中選中Output，然后在Reserve中設(shè)定堆棧的最大值和commit。 

　　注意：reserve最小值為4Byte；commit是保留在虛擬內(nèi)存的頁文件里面，它設(shè)置的較大會使棧開辟較大的值，可能增加內(nèi)存的開銷和啟動時間。

　　碎片問題：對于堆來講，頻繁的new/delete勢必會造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，從而造成大量的碎片，使程序效率降低。對于棧來講，則不會存在這個 問題，因為棧是先進后出的隊列，他們是如此的一一對應(yīng)，以至于永遠都不可能有一個內(nèi)存塊從棧中間彈出，在他彈出之前，在他上面的后進的棧內(nèi)容已經(jīng)被彈出， 詳細的可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這里我們就不再一一討論了。

　　生長方向：對于堆來講，生長方向是向上的，也就是向著內(nèi)存地址增加的方向；對于棧來講，它的生長方向是向下的，是向著內(nèi)存地址減小的方向增長。

　　分配方式：堆都是動態(tài)分配的，沒有靜態(tài)分配的堆。棧有2種分配方式：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。靜態(tài)分配是編譯器完成的，比如局部變量的分配。動態(tài)分配由alloca函數(shù)進行分配，但是棧的動態(tài)分配和堆是不同的，他的動態(tài)分配是由編譯器進行釋放，無需我們手工實現(xiàn)。

　　分配效率：棧是機器系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機會在底層對棧提供支持：分配專門的寄存器存放棧的地址，壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行，這就決定了棧的 效率比較高。堆則是C/C++函數(shù)庫提供的，它的機制是很復(fù)雜的，例如為了分配一塊內(nèi)存，庫函數(shù)會按照一定的算法（具體的算法可以參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/操作系 統(tǒng)）在堆內(nèi)存中搜索可用的足夠大小的空間，如果沒有足夠大小的空間（可能是由于內(nèi)存碎片太多），就有可能調(diào)用系統(tǒng)功能去增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存空間，這樣就 有機會分到足夠大小的內(nèi)存，然后進行返回。顯然，堆的效率比棧要低得多。

　　從這里我們可以看到，堆和棧相比，由于大量 new/delete的使用，容易造成大量的內(nèi)存碎片；由于沒有專門的系統(tǒng)支持，效率很低；由于可能引發(fā) 用戶態(tài)和核心態(tài)的切換，內(nèi)存的申請，代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應(yīng)用最廣泛的，就算是函數(shù)的調(diào)用也利用棧去完成，函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)，返回地 址，EBP和局部變量都采用棧的方式存放。所以，我們推薦大家盡量用棧，而不是用堆。

　　雖然棧有如此眾多的好處，但是由于和堆相比不是那么靈活，有時候分配大量的內(nèi)存空間，還是用堆好一些。

　　無論是堆還是棧，都要防止越界現(xiàn)象的發(fā)生（除非你是故意使其越界），因為越界的結(jié)果要么是程序崩潰，要么是摧毀程序的堆、棧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生以想不到的結(jié) 果,就算是在你的程序運行過程中，沒有發(fā)生上面的問題，你還是要小心，說不定什么時候就崩掉，那時候debug可是相當(dāng)困難的：）

　　對了，還有一件事，如果有人把堆棧合起來說，那它的意思是棧，可不是堆，呵呵，清楚了？

　　static用來控制變量的存儲方式和可見性

　　函數(shù)內(nèi)部定義的變量，在程序執(zhí)行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，函數(shù)在棧上分配的空間在此函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時會釋放掉，這樣就產(chǎn)生了一個問 題: 如果想將函數(shù)中此變量的值保存至下一次調(diào)用時，如何實現(xiàn)？ 最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義為一個全局變量有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變量的訪問范圍（使得在此函數(shù)中定義的變量，不僅僅受此 函數(shù)控制）。

　　需要一個數(shù)據(jù)對象為整個類而非某個對象服務(wù),同時又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內(nèi)部，對外不可見。

　　static的內(nèi)部機制：

　　靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要在程序一開始運行時就必須存在。因為函數(shù)在程序運行中被調(diào)用，所以靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不能在任何函數(shù)內(nèi)分配空間和初始化。

　　這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內(nèi)部實現(xiàn)，那里有類的成員函數(shù)定義；三是應(yīng)用程序的main（）函數(shù)前的全局數(shù)據(jù)聲明和定義處。

　　靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數(shù)據(jù)成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規(guī)格”，并不進行實際的內(nèi)存分配，所以在類聲明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的源文件中，對其重復(fù)定義。

static被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態(tài)存儲區(qū)而非棧上空間，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員按定義出現(xiàn)的先后順序依次初始化，注意靜態(tài)成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經(jīng)初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

　　static的優(yōu)勢：

　　可以節(jié)省內(nèi)存，因為它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值對每個對象都是一樣，但它的值是可以更新的。只要對靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值更新一次，保證所有對象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時間效率。

　　引用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員時，采用如下格式：

　　<類名>::<靜態(tài)成員名>

　　如果靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的訪問權(quán)限允許的話(即public的成員)，可在程序中，按上述格式來引用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。

　　PS:

　　(1)類的靜態(tài)成員函數(shù)是屬于整個類而非類的對象，所以它沒有this指針，這就導(dǎo)致了它僅能訪問類的靜態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)成員函數(shù)。

　　(2)不能將靜態(tài)成員函數(shù)定義為虛函數(shù)。

　　(3)由于靜態(tài)成員聲明于類中，操作于其外，所以對其取地址操作，就多少有些特殊，變量地址是指向其數(shù)據(jù)類型的指針，函數(shù)地址類型是一個“nonmember函數(shù)指針”。

　　(4)由于靜態(tài)成員函數(shù)沒有this指針，所以就差不多等同于nonmember函數(shù)，結(jié)果就產(chǎn)生了一個意想不到的好處：成為一個callback函數(shù)，使得我們得以將C++和C-based X Window系統(tǒng)結(jié)合，同時也成功的應(yīng)用于線程函數(shù)身上。

　　(5)static并沒有增加程序的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態(tài)成員的訪問時間，節(jié)省了子類的內(nèi)存空間。

　　(6)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員在<定義或說明>時前面加關(guān)鍵字static。

　　(7)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員是靜態(tài)存儲的，所以必須對它進行初始化。

　　(8)靜態(tài)成員初始化與一般數(shù)據(jù)成員初始化不同:

　　初始化在類體外進行，而前面不加static，以免與一般靜態(tài)變量或?qū)ο笙嗷煜?/p>

　　初始化時不加該成員的訪問權(quán)限控制符private，public等；

　　初始化時使用作用域運算符來標明它所屬類；

　　所以我們得出靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化的格式：

　　<數(shù)據(jù)類型><類名>::<靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名>=<值>

　　(9) 為了防止父類的影響，可以在子類定義一個與父類相同的靜態(tài)變量，以屏蔽父類的影響。這里有一點需要注意：我們說靜態(tài)成員為父類和子類共享，但 我們有重復(fù)定義了靜態(tài)成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器采用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標志。

　　C語言變量的存儲類別

　　 內(nèi)存中供用戶使用的存儲空間分為代碼區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)兩個部分。變量存儲在數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)又可分為靜態(tài)存儲區(qū)與動態(tài)存儲區(qū)。

　　靜態(tài)存儲是指在程序運行期間給變量分配固定存儲空間的方式。如全局變量存放在靜態(tài)存儲區(qū)中，程序運行時分配空間，程序運行完釋放。

　　動態(tài)存儲是指在程序運行時根據(jù)實際需要動態(tài)分配存儲空間的方式。如形式參數(shù)存放在動態(tài)存儲區(qū)中，在函數(shù)調(diào)用時分配空間，調(diào)用完成釋放。

　　對于靜態(tài)存儲方式的變量可在編譯時初始化，默認初值為O或空字符。對動態(tài)存儲方式的變量如不賦初值，則它的值是一個不確定的值。

　　在C語言中，具體的存儲類別有自動(auto)、寄存器(register)、靜態(tài)(static)及外部(extern)四種。靜態(tài)存儲類別與外部存儲類別變量存放在靜態(tài)存儲區(qū)，自動存儲類別變量存放在動態(tài)存儲區(qū)，寄存器存儲類別直接送寄存器。

　　變量存儲類別定義方法：

　　存儲類別類型變量表；

　　例如：

　　(1)a，b，c為整型自動存儲類別變量：

　　auto int a，b，c；

　　(2)x，y，z為雙精度型靜態(tài)存儲類別變量：  

　　static double x，y，z；

　　1、變量有哪些存儲類型？

　　變量的存儲類型由“存儲類型指明符”來說明。存儲類型指明符可以是下列類鍵字之一：

　　auto
　　register
　　extern
　　static

　　下面是詳細的解釋：

　　auto 存儲類指明符－－用于說明具有局部作用域的變量，它表示變量具有局部（自動）生成期，但由于它是所有局部作用域變量說明的缺省存儲類指明符，所以使用得很 少。要注意的是，所有在函數(shù)內(nèi)部定義的變量都是局部變量，函數(shù)內(nèi)部定義的變量其作用域只在函數(shù)內(nèi)部。它的生存期為該函數(shù)運行期間，一旦離開這個函數(shù)或這個 函數(shù)終止，局部變量也隨之消失。

　　register 存儲類指明符－－當(dāng)聲明了這個指明符后，編譯程序?qū)⒈M可能地為該變量分配CPU內(nèi)部的寄存器作為變量的存儲單元，以加快運行速度。注意，寄存器與存儲器是 不同的。寄存器一般在CPU內(nèi)部，而存儲器一般指外部的（比如內(nèi)存條），CPU內(nèi)部的寄存器其運算速度是很高的。當(dāng)寄存器已分配完畢，就自動地分配一個外 部的內(nèi)存。它的作用等價于auto，也只能用于局部變量和函數(shù)的參量說明。

　　static 存儲類指明符－－表示變量具有靜態(tài)生成期。static變量的的特點是它離開了其作用域后，其值不會消失。

　　當(dāng)回到該作用域之后又可以繼續(xù)使用這個static變量的值。

　　例：利用static變量統(tǒng)計調(diào)用函數(shù)的次數(shù)

int two(); /*函數(shù)原型說明*/ 
void main() 
{ 
int a=0; 
a=two(); /*a的值等于1*/ 
a=two() /*a的值等于2*/ 
a=two(); /*a的值等于3*/ 
}

int two() 
{ 
static int b=0;　　　　/*定義了一個局部的static變量*/ 
b ; 
return b; 
}

　　如果不是一個static變量就不會有這個效果了

int two(); /*函數(shù)原型說明*/ 
void main() 
{ 
int a=0; 
a=two(); /*a的值等于1*/ 
a=two() /*a的值等于1*/ 
a=two(); /*a的值等于1*/ 
}

int two() 
{ 
int b=0;　　　　 
b ; 
return b; 
} 

　　變量a的值總是1，原因是在函數(shù)two()中，變量b不是一個static變量，其值隨著離開two函數(shù)就消失了，當(dāng)回到two函數(shù)時又被重新賦值0。

　　extern 存儲類指明符－－一般用在工程文件中。在一個工程文件中因為有多個程序文件，當(dāng)某一個變量在一個程序文件中定義了之后，如果在另一個程序文件中予以定義， 就會出現(xiàn)重復(fù)定義變量的錯誤。使用extern存儲類型指明符就可以指出在該文件外部已經(jīng)定義了這個變量。extern變量的作用域是整個程序。

　　2、變量存儲在內(nèi)存的什么地方？

　　1）變量可以存儲在內(nèi)存的不同地方，這依賴于它們的生成期。在函數(shù)上部定義的變量（全局變量或static外部變量）和在函數(shù)內(nèi)部定義的static變 量，其生存期就是程序運行的全過程。這些變量被存儲在數(shù)據(jù)段(Data　Segment)中。數(shù)據(jù)段是在內(nèi)存中為這些變量留出的一段大小固定的空間，它分 為二部分，一部分用來初始化變量，另一部分用來存放未初始化的變量。

　　2）在函數(shù)內(nèi)部定義的auto變量（沒有用關(guān)鍵字static定義的變量）的生成期從程序開始執(zhí)行其所在的程序塊代碼時開始，到程序離開該程序塊時為止。 作為函數(shù)參數(shù)的變量只在調(diào)用該函數(shù)期間存在。這些變量被存儲在棧(stack)中。棧是內(nèi)存中的一段空間，開始很小，以后逐漸自動變大，直到達到某個預(yù)定 義的界限。

　　3）當(dāng)用malloc等函數(shù)給指針分配一個地址空間的時候，這個分配的內(nèi)存塊位于一段名為“堆（heap）”的內(nèi)存空間中。堆開始時很小，但調(diào)用 malloc或clloc等內(nèi)存分配函數(shù)時它就會增大。堆可以和數(shù)據(jù)段或棧共用一個內(nèi)存段，也可以有它自己的內(nèi)存段，這完全取決于編譯選項和操作系統(tǒng)。與 棧相似，堆也有一個增長界限，并且決定這個界限的規(guī)則與棧相同。

　　C語言變量的作用域和存儲類型

　　一、作用域和生存期

      C程序的標識符作用域有三種：局部、全局、文件。標識符的作用域決定了程序中的哪些語句可以使用它，換句話說，就是標識符在程序其他部分的可見性。通常，標識符的作用域都是通過它在程序中的位置隱式說明的。

　　1.局部作用域

　　前面各個例子中的變量都是局部作用域，他們都是聲明在函數(shù)內(nèi)部，無法被其他函數(shù)的代碼所訪問。函數(shù)的形式參數(shù)的作用域也是局部的，它們的作用范圍僅限于函數(shù)內(nèi)部所用的語句塊。

　　 void add(int);

   main()
   {
    int num=5;
    add(num);
    printf("%d\n",num);  /*輸出5*/
   }

   void add(int num)
   {
    num++;
    printf("%d\n",num);  /*輸出6*/
   }

　　上面例子里的兩個num變量都是局部變量，只在本身函數(shù)里可見。前面我們說了，在兩個函數(shù)出現(xiàn)同名的變量不會互相干擾，就是這個道理。所以上面的兩個輸出，在主函數(shù)里仍然是5，在add()函數(shù)里輸出是6。

 　　2.全局作用域

　　對于具有全局作用域的變量，我們可以在程序的任何位置訪問它們。當(dāng)一個變量是在所有函數(shù)的外部聲明，也就是在程序的開頭聲明，那么這個變量就是全局變量。

 void add(int);
   int num;

   main()
   {
    int n=5;
    add(n);
    printf("%d\n",num);  /*輸出6*/
   }

   void add(num)   /*形式參數(shù)沒有指定類型*/
   {
    num++;
    printf("%d\n",num);  /*輸出6*/
   }

      上面的main()和add()里面，并沒有聲明num，但是在最后輸出的時候卻要求輸出num，這是由于在程序的開始聲明了num是全局變量，也就是在 所有函數(shù)里都可以使用這個變量。這時候一個函數(shù)里改變了變量的值，其他函數(shù)里的值也會出現(xiàn)影響。上面的例子輸出都是6，因為在add()函數(shù)里改變了 num的值，由于num是全局變量，就好象它們兩個函數(shù)共用一個變量，所以在main()函數(shù)里的num也隨之改變了。

　　　　3.文件作用域

　　在很多C語言書上，都沒有說明文件作用域，或者只是略微的提到，其實文件作用域在較大程序中很有作用(在多文件系統(tǒng)中)。文件作用域是指外部標識符僅在聲 明它的同一個轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的函數(shù)匯總可見。所謂轉(zhuǎn)換單元是指定義這些變量和函數(shù)的源代碼文件(包括任何通過＃i nclude指令包含的源代碼文件)。static存儲類型修飾符指定了變量具有文件作用域。

　　 static int num;
   static void add(int);

   main()
   {
    scanf("%d",&num);
    add(num)
    printf("%d\n",num);
   }

   void add(num)
   {
    num++;
   }

     上面的程序中變量num和函數(shù)add()在聲明是采用了static存儲類型修飾符，這使得它們具有文件作用域，僅愛定義它們的文件內(nèi)可見。

     由于我們提到的大多數(shù)程序都只有一個編譯文件組成，所以這種寫法沒有實際意義。但是實際工程上的文件有很多，它們不是由一個人寫成的，由很多人共同完成， 這些文件都是各自編譯的，這難免使得某些人使用了一樣的全局變量名，那么為了以后程序中各自的變量和函數(shù)不互相干擾，就可以使用static修飾符，這樣 在連接到同一個程序的其他代碼文件而言就是不可見的。

　　二、變量存儲類型

　　前面我們說了，聲明變量時用如下類似的形式：

int num;
float total; 

 　　它們都沒有存儲類型修飾符，我們在聲明時也可以通過存儲類型修飾符來告訴編譯器將要處理什么類型的變量。存儲類型有以下四種：自動(auto)、靜態(tài)(static)、外部(extern)、寄存器(regiser)。

      1.自動存儲類型

　　自動存儲類型修飾符指定了一個局部變量為自動的，這意味著，每次執(zhí)行到定義該變量的語句塊時，都將會為該變量在內(nèi)存中產(chǎn)生一個新的拷貝，并對其進行初始化。實際上，如果不特別指明，局部變量的存儲類型就默認為自動的，因此，加不加auto都可以。

main()
 {
   auto int num=5;
   printf("%d\n",num);
 }

　　在這個例子中，不論變量num的聲明是否包含關(guān)鍵字auto，代碼的執(zhí)行效果都是一樣的。函數(shù)的形式參數(shù)存儲類型默認也是自動的。        

      2.靜態(tài)存儲變量

　　前面已經(jīng)使用了static關(guān)鍵字，但是對于局部變量，靜態(tài)存儲類型的意義是不一樣的，這時，它是和自動存儲類型相對而言的。靜態(tài)局部變量的作用域仍然近 局限于聲明它的語句塊中，但是在語句塊執(zhí)行期間，變量將始終保持它的值。而且，初始化值只在語句塊第一次執(zhí)行是起作用。在隨后的運行過程中，變量將保持語 句塊上一次執(zhí)行時的值。

　　看下面兩個對應(yīng)的程序：

　　　 /*1.C*/        /*2.C*/
   int add();        int add();

   main()         main()
   {          {
    int result;       int result;
    result=add()       result=add();
    printf("%d ",result);     printf("%d ",result);
    result=add();       result=add();
    printf("%d ",result);     printf("%d ",result);
    result=add();       result=add();
    printf("%d",result);     printf("%d",result);
   }          }

   int add()        int add()
   {          {
    int num=50;       static int num=50;
    num++;         num++;
    return num;       return num;
   }          }

　　上面兩個源文件，只有函數(shù)add()里的變量聲明有所不同，一個是自動存儲類型，一個是靜態(tài)存儲類型。

　　對于1.C文件，輸出結(jié)果為51 51 51；這很好理解，每次初始值都是50，然后加1上來。

　　對于2.C文件，輸出結(jié)果為51 52 53；這是由于變量是靜態(tài)的，只在第一次初始化了50，以后都是使用上次的結(jié)果值。當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用add()時，初始化為50，然后加1，輸出為51；當(dāng)?shù)?二次調(diào)用時，就不初始化了，這時num的值為上次的51，然后加1，輸出52；當(dāng)?shù)谌握{(diào)用時，num為52，加1就是53了。

　　比較就會發(fā)現(xiàn)它們的不同之處了。靜態(tài)變量在下一節(jié)要說的遞歸函數(shù)中經(jīng)常使用到。

　　當(dāng)?shù)谝淮尾恢该黛o態(tài)變量的初始值時，默認為0。

　　下面舉一個例子，把我們說到的靜態(tài)變量理解一下。

　　求1+2+……+100的值的代碼如下：

　　　　　　void add();
   int result;

   main()
   {
    int i;
    result=0;
    for(i=0;i<100;i++) add();
    printf("%d\n",result);
   }

   void add()
   {
    static int num=0;
    num++;
    result+=num;
   }

 　　add()函數(shù)被調(diào)用了100次，num的值從1一直變到100，這樣就可以求出它們的和了。如果寫成int num=0;那就是求1+1+……+1這100個1的值了。

　　 實際上類似的這類問題我們可以通過遞歸函數(shù)來解決，什么是遞歸，我們下一節(jié)介紹。

      3.外部存儲類型

　　外部存儲類型聲明了程序?qū)⒁玫降摹⒌形炊x的外部變量。通常，外部存儲類型都是用于聲明在另一個轉(zhuǎn)換單元中定義的變量。下面舉一個例子，這個例子包括兩個文件。

　　　　 /*1.C*/
    void a();

    main()
    {
     extern int num;
     a();
     printf("%d\n",num);
    }

    /*2.C*/
    int num;

    void a()
    {
     num=5;
    }

　　這兩個程序是分別編譯的，然后連接成一個執(zhí)行文件。具體如何操作，可以查看一些手冊，這兒我簡單說了一下。把上面兩個文件都編譯好后，再制作一個.prj文件，里面的內(nèi)容是：

　　1.c
　　2.c

　　只有這兩行，這可在編輯狀態(tài)下寫成，存盤，取名為1.prj。

　　然后選擇project選項，選擇project name，填入1.prj文件名，按F9后，即可生成1.exe文件?！　?/p>

　　main()函數(shù)中變量num是在另一個文件中定義的。因此，當(dāng)編譯器編譯1.c時，無法確定該變量的地址。這時，外部存儲類型聲明告訴編譯器，把所有對 num的引用當(dāng)作暫且無法確定的引用，等到所有便宜好的目標代碼連接成一個可執(zhí)行程序模塊時，再來處理對變量num的引用。　　

　　外部變量的聲明既可以在引用它的函數(shù)的內(nèi)部，也可以在外部。如果變量聲明在函數(shù)外部，那么同一轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的所有函數(shù)都可以使用這個外部變量。反之，如果在函數(shù)內(nèi)部，那么只有這一個函數(shù)可以使用該變量。

　　前面說了文件作用域的問題，如果在聲明全局變量時，加上static修飾符，那么該變量只在當(dāng)前文件內(nèi)可見，而extern又可以引用其它文件里的變量。 所以在一個大型程序中，每個程序員只是完成其中的一小塊，為了讓自己的變量不讓其他程序員使用，保持一定的獨立性，經(jīng)常在全局變量前加static。我們可以這樣來說明一下：

　　還是上面的兩個文件，現(xiàn)在再增加一個文件3.c，內(nèi)容為：

　static int num;

 void a()
 {
  num=6;
 }
 

　　 把1.prj文件后面加上3.c 這樣，我們生成的1.exe文件，執(zhí)行時輸出是5，而不是6。因為3.c文件的num變量增加了文件作用域，在其他文件中是無法使用它的。

　　4.寄存器存儲類型

　　被聲明為寄存器存儲類型的變量，除了程序無法得到其地址外，其余都和自動變量一樣。至于什么是變量地址，以后說指針時會詳細介紹。

　 main()
 {
  egister int num;
  num=100;
  printf("%d",num);
 }

　　使用寄存器存儲類型的目的是讓程序員指定某個局部變量存放在計算機的某個硬件寄存器里而不是內(nèi)存中，以提高程序的運行速度。不過，這只是反映了程序員的主觀意愿，編譯器可以忽略寄存器存儲類型修飾符。

      寄存器變量的地址是無法取得的，因為絕大多數(shù)計算機的硬件寄存器都不占用內(nèi)存地址。而且，即使編譯器忽略寄存器類型修飾符把變量放在可設(shè)定地址的內(nèi)存中，我們也無法取地址的限制仍然存在。

　　要想有效的利用寄存器存儲類型，必須象匯編語言程序員那樣了解處理器的內(nèi)部構(gòu)造，知道可用于存放變量的寄存器的數(shù)量和種類，以及他們是如何工作的。但是， 不同計算機在這些細節(jié)上未必是一樣的，因此對于一個可移植的程序來說，寄存器存儲類型的作用不大。特別是現(xiàn)在很多編譯器都能提供很好的優(yōu)化效果，遠比程序 員來選擇有效的多。不過，寄存器存儲類型還是可以為優(yōu)化器提供重要的參考。

　　C的作用域還有一種，靜態(tài)塊。比如：

/* 靜態(tài)塊作用域 */
{
...;
...;
}

/* 函數(shù)作用域 */
main()
{
...;
}

　　棧

　　由編譯器自動分配釋放管理。局部變量及每次函數(shù)調(diào)用時返回地址、以及調(diào)用者的環(huán)境信息（例如某些機器寄存器）都存放在棧中。新被調(diào)用的函數(shù)在棧上為其自動和臨時變量分配存儲空間。通過以這種方式使用棧，C函數(shù)可以遞歸調(diào)用。 

　　堆

　　需要由程序員分配釋放管理，若程序員不釋放，程序結(jié)束時可能由OS回收。通常在堆中進行動態(tài)存儲分配。

　　非初始化數(shù)據(jù)段

　　通常將此段稱為b s s段，這一名稱來源于早期匯編程序的一個操作符，意思是“block started by symbol（由符號開始的塊）”，未初始化的全局變量和靜態(tài)變量存放在這里。在程序開始執(zhí)行之前，內(nèi)核將此段初始化為0。函數(shù)外的說明：long sum[1000] ; 使此變量存放在非初始化數(shù)據(jù)段中。

　　　　初始化的數(shù)據(jù)

　　通常將此段稱為數(shù)據(jù)段，它包含了程序中需賦初值的變量。初始化的全局變量和靜態(tài)變量存放在這里。例如，C程序中任何函數(shù)之外的說明：int maxcount = 99; 使此變量以初值存放在初始化數(shù)據(jù)段中。

　　　　正文段

　　CPU執(zhí)行的機器指令部分。通常，正文段是可共享的，所以即使是經(jīng)常環(huán)境指針環(huán)境表環(huán)境字符串執(zhí)行的程序(如文本編輯程序、C編譯程序、s h e l l等)在存儲器中也只需有一個副本，另外，正文段常常是只讀的，以防止程序由于意外事故而修改其自身的指令。

　　對于x86處理器上的Linux,正文段從0x08048000單元開始，棧底在0xC0000000之下開始（棧由高地址向低地址方向增長）。堆頂和棧底之間未用的虛擬空間很大。

　　Shell的size命令可以看到一個程序的正文段(text)、數(shù)據(jù)段(data)、非初始化數(shù)據(jù)段(bss)及文件長度.

[foxman@17:01:49 ]$size mydesign

 text data  bss  dec  hex filename

79210 1380  404 80994 13c62 mydesign
 

　　關(guān)于C/C++堆、棧及靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)詳解就講解到這里。