Static和內(nèi)聯(lián)函數(shù)

時間：2019-07-09 12:23:01

關(guān)鍵字： static 內(nèi)聯(lián)函數(shù)

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[導(dǎo)讀]1、在C語言中，關(guān)鍵字Static有三個明顯的作用：--- 在函數(shù)體內(nèi)，一個被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數(shù)被調(diào)用結(jié)束后不釋放其存儲空間。定義為static的局部變量存儲在全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)），而一般的局部變

1、在C語言中，關(guān)鍵字Static有三個明顯的作用：

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

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

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

--- 類中定義為static的成員函數(shù)只能直接調(diào)用static數(shù)據(jù)成員，若要訪問非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，需要加上對象名，因?yàn)殪o態(tài)成員函數(shù)沒有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

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

--- 現(xiàn)在的編譯器會自動決定是否對函數(shù)inline，無論函數(shù)前是否加了inline。

3、程序的組成部分

由C語言代碼（文本文件）形成可執(zhí)行程序（二進(jìn)制文件），需要經(jīng)過編譯 - 匯編 - 連接三個階段。

編譯過程把C語言文本文件生成匯編程序，匯編過程把匯編程序形成二進(jìn)制機(jī)器代碼，連接過程則將各個源文件生成的二進(jìn)制機(jī)器代碼文件組合成一個文件。這個文件它由幾個部分組成，在程序運(yùn)行時又會產(chǎn)生其他幾個部分，各個部分代表了不同的存儲區(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語言中，程序語句進(jìn)行編譯后，形成機(jī)器代碼。在執(zhí)行程序的過程中，CPU的程序計數(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器的空間。

--- 已初始化讀寫數(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器的空間，在程序執(zhí)行時它們需要位于可讀寫的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)，并具有初值，以供程序運(yùn)行時讀寫。

--- 堆（heap）：堆內(nèi)存只在程序運(yùn)行時出現(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)以及返回值將使用棧空間，?？臻g由編譯器自動分配和釋放。

代碼段、只讀數(shù)據(jù)段、未初始化數(shù)據(jù)段、已初始化讀寫數(shù)據(jù)段屬于靜態(tài)區(qū)域。而堆和棧屬于動態(tài)區(qū)域。代碼段、只讀數(shù)據(jù)段、讀寫數(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候開辟，堆和棧在程序的運(yùn)行中分配和釋放。

-------- C語言程序分為映像和運(yùn)行時兩種狀態(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)段和讀寫數(shù)據(jù)段。在程序運(yùn)行之前，將動態(tài)生成未初始化數(shù)據(jù)段（BSS），在程序的運(yùn)行時將動態(tài)形成堆區(qū)域和棧區(qū)域。一般來說，在靜態(tài)的映像文件中，各個部分稱之為節(jié)（Section），而在運(yùn)行時的各個部分稱之為段（Segment），如果不詳細(xì)區(qū)分，可以統(tǒng)稱為段。

---- 全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）：全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的，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; 建立了存儲空間，稱為定義性聲明。

extern a; 不建立存儲空間，稱為引用性聲明。

局部變量用static聲明，則使該變量在整個程序執(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€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)：一個函數(shù)只能被本文件中其他函數(shù)所調(diào)用，稱為內(nèi)部函數(shù)，定義時，函數(shù)類型前面加上static，即：static int fun（int a,int b）; 內(nèi)部函數(shù)由稱為靜態(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)：定義時加上extern，可供其他函數(shù)調(diào)用。

4、堆和棧的比較

--- 申請方式：

???? stack -?由系統(tǒng)自動分配（局部變量）

???? heap - 需要程序員自己申請，并指明大?。╩alloc/new）

--- 申請后系統(tǒng)的響應(yīng)

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

???? heap - 首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(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。對于大多數(shù)系統(tǒng)，會在這塊內(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的大小，系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

--- 申請大小的限制

???? 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（也有說是1M，總之是一個編譯時就確定的值），如果申請的空間超過棧的剩余空間時，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)是用鏈表來存儲空閑內(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。堆的大小受限于計算機(jī)系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

--- 申請效率的比較

???? 棧：由系統(tǒng)自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。

???? 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，不過用起來最方便。

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。雖然用起來最不方便，但是速度快，也最靈活。

--- 存儲內(nèi)容的比較

???? 棧：在函數(shù)調(diào)用時，第一個進(jìn)棧的是主函數(shù)中的下一條指令的地址（函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句的地址），然后是函數(shù)的各個參數(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)一個函數(shù)調(diào)用完成返回主函數(shù)時它會釋放該函數(shù)中所有的棧空間。

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

5、volatile的問題

volatile的意思是易變的，一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變，這樣編譯器就不會去假設(shè)這個變量的值了。精確的說就是，優(yōu)化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值，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）

--- 一個中斷服務(wù)子程序中會訪問到的非自動變量

--- 多線程應(yīng)用中被幾個任務(wù)共享的變量。

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

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

----- 一個指針可以是volatile的嗎？

可以的。盡管這并不是很常見。一個例子是當(dāng)一個中斷服務(wù)子程序修改一個指向一個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，能提高程序的健壯性。