《C Primer Plus》读书笔记——存储类、链接和内存管理

背景

距离上次写读书笔记的日子已有半个月了。这段时间一直在做摄像头直立平衡车，也把《C Primer Plus》的中级部分扫了一遍。现在做赛道算法识别遇到瓶颈了，就想把读书笔记补回来。原计划是写指针和数组2的。现在发现还不如直接开新篇，反正之前没写的变长数组之类的也会提及。所以就有这篇存储类、链接和内存管理。虽说这里部分的知识都有在平时码代码时用到，认识得深一点，但是还是有很多过目就忘的，遂烂笔头记之。

存储类

C为变量提供了5种不同的存储模型，或称存储类。还有基于指针的第6种存储模型。可按照一个变量的存储时期（storage duration）、作用域（scope）及链接（linkage）来描述它。

作用域

作用域描述了程序中可以访问一个标识符的一个或多个区域。可以是代码块作用域、函数原型作用域或者文件作用域。

• 代码块：整个函数体或一个函数内任一复合语句。
  C99允许在一个代码块任意位置声明变量：
  for(int i = 0; i<10; i++) //合法

• 函数原型：从变量定义处一直到原型声明的末尾。
  如变长数组：
  void use_a_VLA(int n, int m, ar[n][m]);

• 文件：在所有函数之外定义的变量，即全局变量。

链接

一个C变量具有下列链接之一：外部链接（external linkage），内部链接（internal linkage）或空链接（no linkage）。

• 具有代码块作用域或函数原型作用域的变量有空链接，意味着他们是由其定义所在代码块或函数原型所私有的。
• 具有外部链接：可在多文件使用。
• 具有内部链接：可在单文件使用。

存储时期

一个C变量有以下两种存储时期之一：静态存储时期（static storage duration）和自动存储时期（automatic storage duration）。

• 具有文件作用域的变量具有静态存储时期，它在程序执行期间将一直存在。
  注意：对于具有文件作用域的变量，关键词static表明链接类型，并非存储时期。一个使用static声明了的文件作用域变量具有内部链接，而所有的文件作用域变量，无论它具有内部还是外部链接，都具有静态存储时期。
• 具有代码块作用域的变量一般情况下具有自动存储时期。
• 程序进入该代码块，将为这些变量分配内存，退出代码块时，将释放内存。

存储类和函数

函数也有存储类，可以时外部的、静态的或内联的。
若无static，默认是extern。

随机数函数与静态变量

/* 自写随机数函数，包含两文件 *//* s_and_r.c */static unsigned long int next = 1; //种子int rand(void){    /*产生伪随机数的公式*/    next = next * 1103515245 + 12345;    return (unsigned int)(next / 65536) % 32768;}void srand(unsigned int seed){    next = seed;}/* r_drive.c */#include <stdio.h>extern void srand(unsigned int x);extern int rand(void);int main(void){    int count;    unsigned seed;    printf("Please enter your choice for seed.\n");    while(scanf("%u", &seed) == 1)    {        srand(seed); //重置种子        for(count = 0; count < 5; count++)        printf("%hd\n", rand() );        printf("Please enter next seed (q to quit):\n");         //实际上输入的不是无符号十进制数应该就可以退出    }    printf("Done.\n");    return 0;}

另外还有利用计算机掷出非现实的任意个任意面骰子的程序。

分配内存：malloc()和free()

函数malloc() 接受一个参数：所需内存字节数。然后malloc()找到可用内存中一个大小适合的块。内存是匿名的，即malloc()分配了内存，但没有为它指定名字。然而，它可以返回那块内存第一个字节的地址。因此，可以把那个地址赋值给一个指针变量，并使用该指针来访问那块内存。malloc()可指向char或void（通用指针）的指针，可返回数组指针、结构指针等等。若找不到所需的空间，它将返回空指针。

double * ptd; //声明指针来存放块在内存中的位置ptd = (double *)malloc(30 * sizeof(double)); //使用malloc请求一个存储块，类型指派(double *)在C中可选，在C++必须。

这段代码请求30个double类型值的空间，并把ptd指向该空间所在位置。注意ptd是作为指向一个double类型值的指针声明的。数组的名字是它第一个元素的地址。可用ptd[n]来访问第n个元素。

现在，创建一个数组有三种方法：

• 声明一个数组，声明时用常量表达式指定数组维数，然后可用数组名访问数组元素。
• 声明一个变长数组，声明时用变量表达式指定数组维数，然后用数组名来访问数组元素。
• 声明一个指针，调用malloc(),然后使用该指针来访问数组元素。

一般地，对应每个malloc(),应调用一次free()。free的参数是先前malloc返回的地址，它释放先前分配的内存。在函数末尾处调用free()可防止内存泄漏（memory leak）。

存储类与动态内存分配

理想的程序将其可用内存分为三个独立的部分：一个是具有外部、内部及空链接的静态变量的；一个是自动变量的，另一个是动态内存分配的。
- 声明不同存储类，变量使用内存时间不同，将这一部分内存处理为一个堆栈。这样的新变量在内存中创建时按顺序加入，消亡时按相反顺序移除。
- 动态分配的内存在调用malloc等时产生，调用free时释放。这样的内存可能是碎片状的。