C语言内存学习

在c语言中内存包括堆内存、栈内存、全局常态区、常量区
变量分为：

按存储类别分为自动变量、静态变量、寄存器变量（不在主存中，而在 CPU 寄存器里）、外部变量

按作用域分类：局部变量、全局变量、形参

按生命周期分类：自动存储期、静态存储期、动态存储期

按数据类型分类：基本类型、派生类型、空类型
存储类别

4.1. 自动变量（Automatic）

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void func() {
    int x = 10;        // 等价于 auto int x = 10;   存放在栈上
    char c;            // 未初始化 → 垃圾值！
}

auto（通常省略），存储在栈（stack），函数调用时分配，函数返回时自动释放，不会自动初始化 → 值为垃圾数据

4.2. 静态变量（Static）

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// 全局静态（仅本文件可见）
static int global_count = 0;   // → .data 段

void counter() {
    static int local_count = 0; // 只初始化一次，函数退出不销毁   → .bss 段（值为 0）
    local_count++;
    static char msg[] = "Hi";    // → .data 段（含字符串）
    printf("%d\n", local_count);
}

.bss（Block Started by Symbol）段不占可执行文件空间，运行时由 OS 清零。

全局静态变量（文件作用域 + static）

局部静态变量（函数内 + static）

如果显式初始化（如 = 5）→ 已初始化数据段（.data）

如果未初始化或初始化为 0 → 未初始化数据段（.bss）

存储在数据段（.data 或 .bss）

程序启动时分配，结束时释放

自动初始化为 0（即使你没写）

生命周期贯穿整个程序

4.3. 外部变量（External）

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// file1.c
int global_var = 42; // 定义（分配内存）// 定义 → .data 段

// file2.c
extern int global_var; // 声明（不分配内存，引用 file1.c 的变量）

外部变量和普通全局变量内存位置相同，extern 只是"告诉编译器这个变量在别处定义"。

本质：就是全局变量，只是用 extern 在其他文件中声明

内存位置：

显式初始化 → .data 段

未初始化 → .bss 段

4.4. 寄存器变量（Register）

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register int i; // 建议编译器将 i 放入 CPU 寄存器（加速访问）

⚠️ 现代编译器优化能力强，通常忽略 register，且不能取地址（&i 非法）

编译器可能忽略该请求（现代优化器自行决定）

不能取地址（&x 非法）→ 因为寄存器没有内存地址

访问速度最快（比栈快得多）

补充：

局部变量 → 用自动变量（栈）：高效、安全

需要保持状态 → 用 static：避免全局污染

跨文件共享 → 用 extern + 全局变量：谨慎使用

不要滥用 register：让编译器优化

永远初始化局部变量：避免栈上的垃圾值

作用域

全局变量默认具有外部链接性（可被其他文件通过 extern 访问），加 static 可变为内部链接性（仅本文件可见）。

局部变量栈区（Stack）

全局变量已初始化的全局变量：存储在 .data 段（初始化数据段）。

未初始化或初始化为零的全局变量：存储在 .bss 段（未初始化数据段，程序启动时自动清零）。

形参（形式参数）栈区（Stack）

生命周期

栈溢出：栈区空间有限（通常几MB），递归过深或局部变量过大可能导致栈溢出。
内存泄漏：动态分配的内存未释放会导致泄漏，长期运行的程序可能因此崩溃。
野指针：释放堆内存后未置空指针，再次访问会导致未定义行为。
静态变量的初始化：静态局部变量仅在第一次进入作用域时初始化，后续调用保留值。
数据类型

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int age;           // 基本类型
char name[20];     // 数组（派生）
struct Point p;    // 结构体（派生）
void *ptr;         // void 指针

对比

优先使用局部变量（减少全局状态，提高模块化）
全局变量加 static（除非明确需要跨文件共享）
局部变量务必初始化（避免垃圾值）
慎用 register（让编译器优化）
动态内存用 malloc/free（不属于"变量种类"，但需手动管理）

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#include <stdio.h>

static int global_static = 100; // 全局、静态存储期、内部链接

void func() {
    auto int local_auto = 200;   // 局部、自动存储期（auto 可省略）
    static int local_static = 300; // 局部作用域，静态存储期
    
    printf("local_static = %d\n", local_static);
    local_static++; // 下次调用会保留值
}

int main() {
    func(); // 输出 300
    func(); // 输出 301
    return 0;
}

栈：主要用于存储局部变量（无论是基本类型还是派生类型），随着函数调用进入和退出而自动分配和回收。

数据段：用于存储全局变量和静态变量，这些变量在程序运行期间一直存在。

堆：用于动态内存分配，适用于那些需要在运行时确定大小的数据结构。

只读数据段：存储常量数据，程序运行过程中不可修改。