C語言內(nèi)存這個話題-創(chuàng)新互聯(lián)

1、計算機(jī)為什么需要編程？編程已經(jīng)編了這么多年，已經(jīng)寫了很多程序，為什么還需要編程？

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因?yàn)槲覀冃枰ㄏＭ┩ㄟ^程序，達(dá)到一定的目的或者得到一定的結(jié)果。

編寫新的程序是為了得到不同的結(jié)果。

計算機(jī)程序 = 代碼 + 數(shù)據(jù) （經(jīng)過運(yùn)行后得到一個結(jié)果，就是計算機(jī)程序運(yùn)行的結(jié)果）

從宏觀上理解：代碼就是動作，就是加工數(shù)據(jù)指令。

 數(shù)據(jù)就是數(shù)字，就是我們希望被代碼加工的數(shù)字。

結(jié)論：計算機(jī)編程不外乎兩種目的，結(jié)果或者過程；即加工數(shù)據(jù)得到結(jié)果。

可以用函數(shù)來類比：比如函數(shù)的形參就是待加工的數(shù)據(jù)（有可能函數(shù)內(nèi)還需要一些臨時數(shù)據(jù)，就是局部變量），函數(shù)體就是代碼，函數(shù)體的執(zhí)行就是加工過程，函數(shù)的返回值就是結(jié)果

2、程序就是有很多個函數(shù)組成的，函數(shù)是程序的重要組成部分。

程序需要運(yùn)行才會得到我們需要的結(jié)果或者過程。

程序的本質(zhì)就是函數(shù)，函數(shù)的本質(zhì)是加工數(shù)據(jù)的動作。

3、馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)

馮諾依曼結(jié)構(gòu)是：數(shù)據(jù)和代碼放在一起。

哈佛結(jié)構(gòu)是：數(shù)據(jù)和代碼分開存在。

什么是代碼：函數(shù)

什么是數(shù)據(jù)：全局變量、局部變量

譬如在S5PV210中運(yùn)行的linux系統(tǒng)上，運(yùn)行應(yīng)用程序時：這時候所有的應(yīng)用程序的代碼和數(shù)據(jù)都在DRAM，所以這種結(jié)構(gòu)就是馮諾依曼結(jié)構(gòu)；

在單片機(jī)中，我們把程序代碼燒寫到Flash（內(nèi)置NorFlash，flash是只讀的）中，然后程序在Flash中原地運(yùn)行，程序中所涉及到的數(shù)據(jù)（全局變量、局部變量）不能放在Flash中，必須放在RAM（SRAM）中。這種就叫哈佛結(jié)構(gòu)。

4、動態(tài)內(nèi)存DRAM和靜態(tài)內(nèi)存SRAM

靜態(tài)內(nèi)存是系統(tǒng)分給一定的內(nèi)存后不再變化了，也就是在程序一開始運(yùn)行就分配內(nèi)存（不需要初始化就可以直接使用的），直到程序結(jié)束了，內(nèi)存才被釋放；

動態(tài)內(nèi)存是系統(tǒng)開始不分配內(nèi)存，運(yùn)行時根據(jù)需要分配（需要先進(jìn)行初始化才能進(jìn)行使用），也就是在程序調(diào)用在程序中定義的函數(shù)時才被分配，函數(shù)調(diào)用結(jié)束了，內(nèi)存就釋放

5、為什么需要內(nèi)存？

總結(jié)：內(nèi)存是用來存儲可變數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)在程序中表現(xiàn)為全局變量或局部變量等（在gcc中，常量也是存儲在內(nèi)存中；但在大部分單片機(jī)中，常量存儲在flash中的，也就是代碼段中）

很多編程的關(guān)鍵都是為了內(nèi)存，譬如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是研究數(shù)據(jù)如何組織的，而數(shù)據(jù)是放在內(nèi)存中的。

算法是研究如何更優(yōu)秀的更有效的加工數(shù)據(jù)，也離不開內(nèi)存。衡量一個算法優(yōu)秀與否，絕大部分與這個算法所占的內(nèi)存大小有關(guān)

。

6、如何管理內(nèi)存？

內(nèi)存是程序的一種資源，不能過于或隨便的浪費(fèi)。所以管理內(nèi)存對程序來說是一種很重要的技術(shù)。

在沒有操作系統(tǒng)（也就是裸機(jī)程序）中，程序需要直接操作內(nèi)存，編程者需要自己計算內(nèi)存的使用和安排，如果不小心把內(nèi)存用錯了，后果需要自己承擔(dān)。

從語言角度來講：不同的語言提供了不同的內(nèi)存操作接口；

譬如匯編：根本沒有任何內(nèi)存管理，內(nèi)存管理全靠程序員自己，匯編中操作內(nèi)存時直接使用內(nèi)存地址（如0xd0020010），非常麻煩。

譬如C語言：C語言中編譯器幫我們管理直接內(nèi)存地址，我們都是通過編譯器提供的變量名等來訪問內(nèi)存的。在操作系統(tǒng)中，如果需要大塊內(nèi)存，可以通過API（malloc分配內(nèi)存free釋放內(nèi)存）來訪問系統(tǒng)內(nèi)存；在裸機(jī)系統(tǒng)中，如果需要大塊的內(nèi)存，就需要自己來定義數(shù)組等解決

總結(jié)：語言沒有好壞，只有適應(yīng)不適應(yīng)；譬如當(dāng)我們程序?qū)π阅埽ㄈ绮僮飨到y(tǒng)內(nèi)核）非常需要時就會使用C/C++，當(dāng)我們對開發(fā)程序速度非常需要時，就會使用java/C#

7、什么是內(nèi)存？

內(nèi)存（RAM）從硬件上講就是一個電腦配件（內(nèi)存條）。

從邏輯上講內(nèi)存是一種這樣的東西，可以隨機(jī)訪問，隨時進(jìn)行讀寫（也可以限制只讀或者只寫）。

內(nèi)存在 編程中天生就是為存放變量的（也可以說就是有了內(nèi)存，才有了C語言的變量，原來受限于硬件）

內(nèi)存實(shí)際是有無數(shù)個內(nèi)存單元格組成的，每一個單元格都有一個唯一的內(nèi)存地址

用大樓來類比內(nèi)存很合適，內(nèi)存就像是一棟無限高的大樓，一個個內(nèi)存單元格就像是大樓內(nèi)的一個個小房子，內(nèi)存地址就像是門牌號，存進(jìn)去的內(nèi)容就像是住進(jìn)去的人

8、位，字節(jié)，半字，字的概念和內(nèi)存位寬

內(nèi)存單元的大小單位：位（1bit） 字節(jié)（8bit） 半字（一般是16bit）  字（一般是32bit）

在所有計算機(jī)，所有操作系統(tǒng)中，位永遠(yuǎn)是 1bit，字節(jié)永遠(yuǎn)是 8bit

歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過16位，32位，64位系統(tǒng)三種，而且系統(tǒng)還有windows，linux，ios等。半字和字等很多概念被混亂定義過

所以在工作中不要詳細(xì)區(qū)分字，半字，雙子的概念，只要知道這些單位具體占多少位是依賴于平臺的，實(shí)際工作中先去搞清楚所在平臺的定義，需要注意的是半字一定是字的一半，雙字一定是字的2倍

編程一般用不到字的概念，區(qū)分主要是我們會在文檔中用到字，如果不加區(qū)分，容易造成理解錯誤

在linux+ARM的平臺上  字是32位的

內(nèi)存芯片之間可以并聯(lián)，即使是8位的內(nèi)存芯片，通過并聯(lián)可以也可以做出來16位，32位的內(nèi)存芯片

9、內(nèi)存編址和尋址、內(nèi)存對齊

內(nèi)存在邏輯上就是一個一個的格子（內(nèi)存單元格），里面可以存儲數(shù)據(jù)，每一個單元格都有一個內(nèi)存地址，單元格與內(nèi)存地址一一對應(yīng)且永久綁定，這就是內(nèi)存編址的方法

一個內(nèi)存單元有兩個概念：地址和空間（內(nèi)存單元的兩面性）

關(guān)鍵：內(nèi)存編址是以字節(jié)為單位的

一個內(nèi)存地址，對應(yīng)的空間（內(nèi)存單元）大小是一定的，就是一個字節(jié)（8bit）

內(nèi)存對齊；對齊訪問和硬件匹配，所以效率高，非對齊訪問和硬件不搭配，所以效率低（因?yàn)橄到y(tǒng)兼容性的問題，非對齊訪問也可以實(shí)現(xiàn)）

10、數(shù)據(jù)類型和內(nèi)存的關(guān)系

數(shù)據(jù)類型是用來定義變量的，變量要存儲、運(yùn)算在內(nèi)存中，所以內(nèi)存就必須語相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型相匹配，否則就會造成效率低下或者不工作

int ×××（整數(shù)類型，整的意思就是說和cpu本身的數(shù)據(jù)位寬（32位或64位）是一樣的）

C語言的數(shù)據(jù)類型決定一個內(nèi)存單元的長度和解析方法

類型只是對后面符號或者數(shù)字（代表的內(nèi)存地址）所表征的內(nèi)存長度規(guī)定和解析方法規(guī)定而已

指針全名是指針變量，實(shí)質(zhì)上和普通變量沒有任何區(qū)別（包括內(nèi)存分配）

11、內(nèi)存管理之結(jié)構(gòu)體

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是研究數(shù)據(jù)如何組織（在內(nèi)存中分布）和加工的學(xué)問

最簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是數(shù)組（可以一次定義多個數(shù)據(jù)類型相同，意義相關(guān)的變量）； //int a[10];

數(shù)組的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)組比較簡單，可以隨機(jī)訪問，訪問時用下標(biāo)

數(shù)組的缺點(diǎn)：數(shù)組內(nèi)所有元素的類型必須相同，且在定義時數(shù)組大小就確定，而且不能改變（沒有伸縮性，靈活性差）

而在結(jié)構(gòu)體中可以定義數(shù)據(jù)類型不同的變量

struct number
{
int age;
char name[20];
double high;
};

結(jié)構(gòu)體可以說是數(shù)組的升級版；如果結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)類型全都相同就可以用數(shù)組來代替；

結(jié)構(gòu)體內(nèi)嵌指針可以實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο螅?/p>

總的來說C語言是面向程序的，但是C語言寫出的linux系統(tǒng)是面向?qū)ο蟮?/p>

struct s
{
int age;                //普通變量
void (*pFunc)(void);    //函數(shù)指針，指向 void func(void) 這類的函數(shù)
};

使用這樣的結(jié)構(gòu)體就可以實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο?/p>

12、內(nèi)存管理之棧

什么是棧：棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，C語言中用棧來存儲局部變量；棧是用來管理內(nèi)存的

棧：先進(jìn)后出；入口即出口，有一個口是堵死的，所以先進(jìn)去的必須后出來

隊(duì)列：先進(jìn)先出；入口和出口是分開的，必須從入口進(jìn)，從出口出，所以先進(jìn)去的先出來

棧內(nèi)存是反復(fù)使用的，上次用完的值沒有清零，所以定義局部變量時需要顯式初始化，如果沒有顯式初始化，那么值就是隨機(jī)的。

13、復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

鏈表：最常用也是最重要的（在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域）

14、位操作運(yùn)算

運(yùn)算種類和運(yùn)算符：

位與：符號 a&b 全一為一，有零為零 用于對關(guān)心位清零（和零作位與）

位或：符號 a|b 全零為零，有一為一 用于對關(guān)心位置位（置一，和一作位或）

位異或：符號a^b 相同為零，不同為一 用于對關(guān)心位取反（和一作異或）

位取反：符號 ~a 一變零，零變一

位左移：符號a<<

位右移：符號a>> 對于有符號數(shù)，右移時左側(cè)補(bǔ)符號位（如果正數(shù)就補(bǔ)0，負(fù)數(shù)就補(bǔ)1，叫算術(shù)移位）

15、邏輯操作運(yùn)算

在C語言中，只有0為假，其他的全都是真

邏輯與：符號 a&&b 有假為假，全真為真

邏輯或：符號 a||b 有真為真，全假為假

邏輯取反：符號 !a 真變假，假變真

16、指針是C語言的精髓

指針變量和普通變量沒有任何本質(zhì)區(qū)別

標(biāo)準(zhǔn)用法： int a = 10, b = 0; int *p; p = &a; b = *p; //結(jié)果b = 10

16、野指針問題

野指針就是指定義后沒有初始化或者賦值的指針

野指針指向的位置是隨機(jī)的，是不可預(yù)知的，在運(yùn)行時容易觸發(fā)段錯誤（Sgmentation fault）

總結(jié)：指針變量和普通局部變量一樣，都是存儲在棧上，都需要在定義時，進(jìn)行初始化，否則值就是隨機(jī)的

17、如何避免野指針問題

一般注意以下四點(diǎn)就可以避免野指針問題

第一點(diǎn)：在定義指針變量時就初始化為NULL

第二點(diǎn)：在解引用前判斷指針是否指向NULL（指向則不執(zhí)行解引用，不指向則可以放心解引用）

即  if(NULL != p);

第三點(diǎn)：在解引用完成后，重新把指針賦值為NULL

第四點(diǎn)：在解引用前確保指針指向一個確定的內(nèi)存地址（需要程序員自己把握）

NULL的實(shí)質(zhì)就是數(shù)字0，0地址是不可訪問的

18、const關(guān)鍵字和指針結(jié)合

const和指針常見的有四種方式：

第一種：int const *p; //p是一個指針，指向一個int型數(shù)據(jù)，p所指向的是個常量

第二種：const int *p; //p是一個指針，指向一個int型數(shù)據(jù)，p所指向的是個常量

第三種：int *const p; //p是一個指針，指向一個int型數(shù)據(jù)，p本身是常量，指向的是變量

第四種：const int *const p; //p是一個指針，指向一個int型數(shù)據(jù)，p本身是常量，指向的也是常量

關(guān)于指針變量，一共涉及到兩個變量，一個是指針變量本身（p），一個是指針?biāo)赶虻哪莻€變量（*p）,而一個const關(guān)鍵字只能修飾一個變量。

19、深入學(xué)習(xí)數(shù)組

從內(nèi)存角度看，數(shù)組就是一次定義多個變量，而且在內(nèi)存中的存儲單元的內(nèi)存地址是依次連續(xù)的

從編譯器角度看，數(shù)組數(shù)組變量本質(zhì)上和普通變量，指針變量沒有區(qū)別；變量的本質(zhì)就是一個地址，編譯器把地址（在編譯器中表現(xiàn)為具體的數(shù)值）和變量名綁定，變量類型決定了這個地址的延續(xù)長度

搞清楚：變量、變量名、變量類型的三個概念的含義和區(qū)別

//左值和右值：賦值運(yùn)算符左邊的就是左值，右邊的就是右值，賦值就是把右值里面的東西給左值；所以右值里面必須有東西（如常量，變量），左值必須能接收東西（如變量）

20、指針和數(shù)組的天生關(guān)系

數(shù)組就是內(nèi)存地址連續(xù)的、類型相同（也就是大小相同）的一連串元素（變量）。這就決定了數(shù)組天生就適合使用指針進(jìn)行訪問，數(shù)組訪問有兩種，一種是通過數(shù)組下標(biāo)進(jìn)行訪問（也就是 a[0];）；

一種是通過指針進(jìn)行訪問（也就是 *(a+2);）。

編譯器實(shí)質(zhì)都是通過指針訪問數(shù)組，數(shù)組下標(biāo)訪問是C語言提供給編程者的一種方便方法。

定義一個數(shù)組  int a[6];

a 表示數(shù)組首元素首地址，類型是int *類型，意義和數(shù)值等同于&a[0],兩者可以相互替換。

&a 表示整個數(shù)組的首地址，類型是數(shù)組指針。

指針變量 +1，表示指向數(shù)組的下一個元素，而不是真的數(shù)值+1；也就是加1*sizeof(數(shù)據(jù)類型)；

在32位系統(tǒng)中，所有的指針變量所占的內(nèi)存空間都是4字節(jié)

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文章名稱：C語言內(nèi)存這個話題-創(chuàng)新互聯(lián)
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