C語(yǔ)言中的Static和內(nèi)聯(lián)函數(shù)

1、在C語(yǔ)言中，關(guān)鍵字Static有三個(gè)明顯的作用：

--- 在函數(shù)體內(nèi)，一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數(shù)被調(diào)用結(jié)束后不釋放其存儲(chǔ)空間。定義為static的局部變量存儲(chǔ)在全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)），而一般的局部變量存儲(chǔ)在棧中。

--- 在模塊內(nèi)（但在函數(shù)體外），一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量可以被模塊內(nèi)所有函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)，但不能被模塊外其他函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)。它是一個(gè)本地的全局變量。在模塊內(nèi)，一個(gè)被聲明為靜態(tài)的函數(shù)只可被這一模塊內(nèi)的其它函數(shù)調(diào)用。即這個(gè)函數(shù)被限制在聲明它的模塊的本地范圍內(nèi)使用。

--- 類(lèi)中定義的static數(shù)據(jù)成員屬于所有該類(lèi)對(duì)象共享，在內(nèi)存中只占一份空間，而不是每個(gè)對(duì)象都分別為它保留一份空間。

--- 類(lèi)中定義為static的成員函數(shù)只能直接調(diào)用static數(shù)據(jù)成員，若要訪(fǎng)問(wèn)非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，需要加上對(duì)象名，因?yàn)殪o態(tài)成員函數(shù)沒(méi)有this指針。

2、內(nèi)聯(lián)函數(shù)需要注意點(diǎn)

--- 可將代碼很少的函數(shù)定義為inline函數(shù)

--- 不要將代碼很多的函數(shù)定義為inline函數(shù)

--- 關(guān)鍵字inline必須與函數(shù)定義體放在一起才能使函數(shù)稱(chēng)為內(nèi)聯(lián)

--- 僅將inline放在函數(shù)聲明前面不起作用

--- 定義在類(lèi)聲明之中的成員函數(shù)將自動(dòng)地成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)

--- 現(xiàn)在的編譯器會(huì)自動(dòng)決定是否對(duì)函數(shù)inline，無(wú)論函數(shù)前是否加了inline。

3、程序的組成部分

由C語(yǔ)言代碼（文本文件）形成可執(zhí)行程序（二進(jìn)制文件），需要經(jīng)過(guò)編譯 - 匯編 - 連接三個(gè)階段。

編譯過(guò)程把C語(yǔ)言文本文件生成匯編程序，匯編過(guò)程把匯編程序形成二進(jìn)制機(jī)器代碼，連接過(guò)程則將各個(gè)源文件生成的二進(jìn)制機(jī)器代碼文件組合成一個(gè)文件。這個(gè)文件它由幾個(gè)部分組成，在程序運(yùn)行時(shí)又會(huì)產(chǎn)生其他幾個(gè)部分，各個(gè)部分代表了不同的存儲(chǔ)區(qū)域：

--- 代碼段（Code或Text）：代碼段由程序中執(zhí)行的機(jī)器代碼組成。在C語(yǔ)言中，程序語(yǔ)句進(jìn)行編譯后，形成機(jī)器代碼。在執(zhí)行程序的過(guò)程中，CPU的程序計(jì)數(shù)器指向代碼段的每一條機(jī)器代碼，并由處理器依次運(yùn)行。

--- 只讀數(shù)據(jù)段（RO data）：只讀數(shù)據(jù)段是程序使用的一些不會(huì)被更改的數(shù)據(jù)。

--- 未初始化數(shù)據(jù)段（BSS）：在程序中聲明，但是沒(méi)有初始化的變量，這些變量在程序運(yùn)行之前不需要占用存儲(chǔ)器的空間。

--- 已初始化讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段（RW data）：在程序中聲明，并且具有初值的變量，這些變量需要占用存儲(chǔ)器的空間，在程序執(zhí)行時(shí)它們需要位于可讀寫(xiě)的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)，并具有初值，以供程序運(yùn)行時(shí)讀寫(xiě)。

--- 堆（heap）：堆內(nèi)存只在程序運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，一般由程序員分配和釋放。

--- 棧（stack）：棧內(nèi)存只在程序運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，在函數(shù)內(nèi)部使用的變量、函數(shù)的參數(shù)以及返回值將使用?？臻g，?？臻g由編譯器自動(dòng)分配和釋放。

代碼段、只讀數(shù)據(jù)段、未初始化數(shù)據(jù)段、已初始化讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段屬于靜態(tài)區(qū)域。而堆和棧屬于動(dòng)態(tài)區(qū)域。代碼段、只讀數(shù)據(jù)段、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段將在連接之后產(chǎn)生，未初始化數(shù)據(jù)段將在程序初始化的時(shí)候開(kāi)辟，堆和棧在程序的運(yùn)行中分配和釋放。

-------- C語(yǔ)言程序分為映像和運(yùn)行時(shí)兩種狀態(tài)。在編譯 - 連接后形成的映像中，將只包含代碼段、只讀數(shù)據(jù)段和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段。在程序運(yùn)行之前，將動(dòng)態(tài)生成未初始化數(shù)據(jù)段（BSS），在程序的運(yùn)行時(shí)將動(dòng)態(tài)形成堆區(qū)域和棧區(qū)域。一般來(lái)說(shuō)，在靜態(tài)的映像文件中，各個(gè)部分稱(chēng)之為節(jié)（Section），而在運(yùn)行時(shí)的各個(gè)部分稱(chēng)之為段（Segment），如果不詳細(xì)區(qū)分，可以統(tǒng)稱(chēng)為段。

---- 全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）：全局變量和靜態(tài)變量的存儲(chǔ)是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域，未初始化的全局變量和靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

int a; 建立了存儲(chǔ)空間，稱(chēng)為定義性聲明。

extern a; 不建立存儲(chǔ)空間，稱(chēng)為引用性聲明。

局部變量用static聲明，則使該變量在整個(gè)程序執(zhí)行期間不釋放，分配的內(nèi)存單元始終存在。

外部變量用static聲明，則該變量只能在本文件中使用，而不能在其他文件中使用。

---- 函數(shù)：本質(zhì)上是全局的，因?yàn)橐粋€(gè)函數(shù)要被另外的函數(shù)調(diào)用但是也可以指定函數(shù)不能被其他文件調(diào)用。根據(jù)函數(shù)能否被其他文件調(diào)用，將函數(shù)分為內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)。

內(nèi)部函數(shù)：一個(gè)函數(shù)只能被本文件中其他函數(shù)所調(diào)用，稱(chēng)為內(nèi)部函數(shù)，定義時(shí)，函數(shù)類(lèi)型前面加上static，即：static int fun（int a,int b）; 內(nèi)部函數(shù)由稱(chēng)為靜態(tài)函數(shù)，作用域只限于所在文件，在不同的文件中有同名的內(nèi)部函數(shù)，互不干擾。

外部函數(shù)：定義時(shí)加上extern，可供其他函數(shù)調(diào)用。

4、堆和棧的比較

--- 申請(qǐng)方式：

???? stack -?由系統(tǒng)自動(dòng)分配（局部變量）

???? heap - 需要程序員自己申請(qǐng)，并指明大小（malloc/new）

--- 申請(qǐng)后系統(tǒng)的響應(yīng)

???? stack - 只要棧的剩余空間大于所申請(qǐng)空間，系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存，否則將報(bào)異常提示棧溢出。

???? heap - 首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個(gè)記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，會(huì)遍歷該鏈表，尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆結(jié)點(diǎn)，然后將該結(jié)點(diǎn)從空閑結(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該結(jié)點(diǎn)的空間分配給程序。對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，會(huì)在這塊內(nèi)存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣代碼中的delete語(yǔ)句才能正確的釋放本內(nèi)存空間。由于找到的堆結(jié)點(diǎn)的大小不一定正好等于申請(qǐng)的大小，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

--- 申請(qǐng)大小的限制

???? 棧 - 在Windows下，棧是向低地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（先分配高地址，后分配低地址），是一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。即棧頂?shù)牡刂泛蜅５淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的，在Windows下，棧的大小是2M（也有說(shuō)是1M，總之是一個(gè)編譯時(shí)就確定的值），如果申請(qǐng)的空間超過(guò)棧的剩余空間時(shí)，將提示overflow。因此只能從棧獲得較小的空間。

???? 堆 - 堆是向高地址擴(kuò)展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來(lái)存儲(chǔ)空閑內(nèi)存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見(jiàn)，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

--- 申請(qǐng)效率的比較

???? 棧：由系統(tǒng)自動(dòng)分配，速度較快。但程序員是無(wú)法控制的。

???? 堆：是由malloc/new分配的內(nèi)存，一般速度比較慢，而且容易產(chǎn)生碎片，不過(guò)用起來(lái)最方便。

另外，在Winodws下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內(nèi)存，它不是在堆內(nèi)，也不在棧內(nèi)，是直接在進(jìn)程的地址空間中保留的一塊內(nèi)存。雖然用起來(lái)最不方便，但是速度快，也最靈活。

--- 存儲(chǔ)內(nèi)容的比較

???? 棧：在函數(shù)調(diào)用時(shí)，第一個(gè)進(jìn)棧的是主函數(shù)中的下一條指令的地址（函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句的下一條可執(zhí)行語(yǔ)句的地址），然后是函數(shù)的各個(gè)參數(shù)，在大多數(shù)的C編譯器中，參數(shù)是由右往左入棧的，然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。當(dāng)本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，局部變量先出棧，然后是參數(shù)，最后棧頂指針指向最開(kāi)始存的地址，也就是主函數(shù)中的下一條指令，程序由該點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。

?????堆：一般是在堆的頭部用一個(gè)字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。

小結(jié)：棧不夠用的情況一般是程序中分配了大量數(shù)組和遞歸函數(shù)層次太深。當(dāng)一個(gè)函數(shù)調(diào)用完成返回主函數(shù)時(shí)它會(huì)釋放該函數(shù)中所有的?？臻g。

?？臻g是由編譯器自動(dòng)管理的，不用程序員操心。 堆是動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的，并且你可以分配使用很大的內(nèi)存，但是用不好會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。并且頻繁的malloc和free會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片（有點(diǎn)類(lèi)似磁盤(pán)碎片），因?yàn)镃分配動(dòng)態(tài)內(nèi)存時(shí)是尋找匹配的內(nèi)存的。而棧則不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，在棧上存取數(shù)據(jù)比通過(guò)指針在堆上存取數(shù)據(jù)快些。一般大家說(shuō)的堆棧就是指棧（stack），而說(shuō)堆時(shí)才是堆（heap）。棧是高地址向低地址生長(zhǎng)。

5、volatile的問(wèn)題

volatile的意思是易變的，一個(gè)定義為volatile的變量是說(shuō)這變量可能會(huì)被意想不到地改變，這樣編譯器就不會(huì)去假設(shè)這個(gè)變量的值了。精確的說(shuō)就是，優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。用volatile變量的例子：

--- 并行設(shè)備的硬件寄存器（如狀態(tài)寄存器）

--- 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪(fǎng)問(wèn)到的非自動(dòng)變量

--- 多線(xiàn)程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量。

----- 一個(gè)參數(shù)既可以是const還可以是valatile的嗎？

可以的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因?yàn)樗赡鼙灰庀氩坏降馗淖?。它是const因?yàn)槌绦虿粦?yīng)該試圖去修改它。

----- 一個(gè)指針可以是volatile的嗎？

可以的。盡管這并不是很常見(jiàn)。一個(gè)例子是當(dāng)一個(gè)中斷服務(wù)子程序修改一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針。

6、const用途

--- 可以定義const常量

--- 可以修飾函數(shù)的參數(shù)，返回值，甚至函數(shù)的定義體。被const修飾的東西都受到強(qiáng)制保護(hù)，可以預(yù)防意外的變動(dòng)，能提高程序的健壯性。

在函數(shù)的形參前加const關(guān)鍵字意味著這個(gè)參數(shù)在函數(shù)體內(nèi)不會(huì)被修改，屬于“輸入?yún)?shù)”。

const意味著“只讀”。 const int a; 等同于 int const a; //a是一個(gè)只讀整型變量

const int *a; //a指向的整型數(shù)不可修改，即不能通過(guò)指針修改*a的值，但是a的指向是可以改變的。

int * const a; //a是常指針，指向不可以改變，指向的值可以改變