2013年（6）
分类： IT职场
2013-04-12 22:45:43
C语言的强大功能之一是可以灵活地定义数据的存储方式。C语言从两个方面控制变量的性质：作用域(scope)和生存期(lifetime)。作用域是指可以存取变量的代码范围，生存期是指可以存取变量的时间范围。
作用域有三种：
1. extern(外部的) 这是在函数外部定义的变量的缺省存储方式。extern变量的作用域是整个程序。
2．static(静态的) 在函数外部说明为static的变量的作用域为从定义点到该文件尾部；在函数内部说明为static的变量的作用域为从定义点到该局部程序块尾部。
3．auto(自动的) 这是在函数内部说明的变量的缺省存储方式。auto变量的作用域为从定义点到该局部程序块尾部。
变量的生存期也有三种，但它们不象作用域那样有预定义的关键字名称。第一种是extern和static变量的生存期，它从main()函数被调用之前开始，到程序退出时为止。第二种是函数参数和auto变量的生存期，它从函数调用时开始，到函数返回时为止。第三种是动态分配的数据的生存期，它从程序调用malloc()或calloc()为数据分配存储空间时开始，到程序调用free()或程序退出时为止。
变量可以存储在内存中的不同地方，这依赖于它们的生存期。在函数外部定义的变量(全局变量或静态外部变量)和在函数内部定义的static变量，其生存期就是程序运行的全过程，这些变量被存储在数据段(datasegment)中。数据段是在内存中为这些变量留出的一段大小固定的空间，它分为两部分，一部分用来存放初始化变量，另一部分用来存放未初始化变量。
在函数内部定义的auto变量(没有用关键字static定义的变量)的生存期从程序开始执行其所在的程序块代码时开始，到程序离开该程序块时为止。作为函数参数的变量只在调用该函数期间存在。这些变量被存储在栈(stack)中。栈是内存中的一段空间，开始很小，以后逐渐自动增大，直到达到某个预定义的界限。在象DOS这样的没有虚拟内存(virtual memory)的系统中，这个界限由系统决定，并且通常非常大，因此程序员不必担心用尽栈空间。关于虚拟内存 的讨论，请参见2．3。
第三种(也是最后一种)内存空间实际上并不存储变量，但是可以用来存储变量所指向的数据。如果把调用malloc()函数的结果赋给一个指针变量，那么这个指针变量将包含一块动态分配的内存的地址，这块内存位于一段名为“堆(heap)”的内存空间中。堆开始时也很小，但当程序员调用malloc()或calloc()等内存分配函数时它就会增大。堆可以和数据段或栈共用一个内存段(memorysegment)，也可以有它自己的内存段，这完全取决于编译选项和操作系统。
与栈相似，堆也有一个增长界限，并且决定这个界限的规则与栈相同。
请参见：
1．1 什么是局部程序块(10calblock)?
2．2 变量必须初始化吗?
2．3 什么是页抖动(pagethrashing)?
7．20 什么是栈(stack)?
7．21 什么是堆(heap)?
不。使用变量之前应该给变量一个值，一个好的编译程序将帮助你发现那些还没有被给定一个值就被使用的变量。不过，变量不一定需要初始化。在函数外部定义的变量或者在函数内部用static关键字定义的变量(被定义在数据段中的那些变量，见2．1)在没有明确地被程序初始化之前都已被系统初始化为0了。在函数内部或程序块内部定义的不带static关键字的变量都是自动变量，如果你没有明确地初始化这些变量，它们就会具有未定义值。如果你没有初始化一个自动变量，在使用它之前你就必须保证先给它赋值。
调用malloc()函数从堆中分配到的空间也包含未定义的数据，因此在使用它之前必须先进行初始化，但调用calloc()函数分配到的空间在分配时就已经被初始化为0了。
请参见：
1．1 什么是局部程序块(10calblock)?
7．20 什么是栈(stack)?
7．21 什么是堆(heap)?
有些操作系统(如UNIX和增强模式下的Windows)使用虚拟内存，这是一种使机器的作业地址空间大于实际内存的技术，它是通过用磁盘空间模拟RAM(random—access memory)来实现的。
在80386和更高级的Intel CPU芯片中，在现有的大多数其它微处理器(如Motorola 68030，sparc和Power PC)中，都有一个被称为内存管理单元(Memory Management Unit，缩写为MMU)的器件。MMU把内存看作是由一系列“页(page)”组成的来处理。一页内存是指一个具有一定大小的连续的内存块，通常为4096或8192字节。操作系统为每个正在运行的程序建立并维护一张被称为进程内存映射(Process Memory Map，缩与为PMM)的表，表中记录了程序可以存取的所有内存页以及它们的实际位置。
每当程序存取一块内存时，它会把相应的地址(虚拟地址，virtualaddress)传送给MMU，MMU会在PMM中查找这块内存的实际位置(物理地址，physical address)，物理地址可以是由操作系统指定的在内存中或磁盘上的任何位置。如果程序要存取的位置在磁盘上，就必须把包含该地址的页从磁盘上读到内存中，并且必须更新PMM以反映这个变化(这被称为pagefault，即页错)。
希望你继续读下去，因为下面就要介绍其中的难点了。存取磁盘比存取RAM要慢得多，所以操作系统会试图在RAM中保持尽量多的虚拟内存。如果你在运行一个非常大的程序(或者同时运行几个小程序)，那么可能没有足够的RAM来承担程序要使用的全部内存，因此必须把一些页从RAM中移到磁盘上(这被为pagingout，即页出)。
操作系统会试图去判断哪些页可能暂时不会被使用(通常基于过去使用内存的情况)，如果它判断错了，或者程序正在很多地方存取很多内存，那么为了读入已调出的页，就会产生大量页错动作。因为RAM已被全部使用，所以为了调入要存取的一页，必须调出另一页，而这将导致更多的页错动作，因为此时不同的一页已被移到磁盘上。在短时间内出现大量页错动作的情形被称为页抖动，它将大大降低系统的执行效率。
频繁存取内存中大量散布的位置的程序更容易在系统中造成页抖动。如果同时运行许多小程序，而实际上已经不再使用这些程序，也很容易造成页抖动。为了减少页抖动，你应该减少同时运行的程序的数目。对于大的程序，你应该改变它的工作方式，以尽量使操作系统能准确地判断出哪些页不再需要。为此，你可以使用高速缓冲存储技术，或者改变用于大型数据结构的查找算法，或者使用效率更高的malloc()函数。当然，你也可以考虑增加系统的RAM，以减少页出动作。
