C语言内存这个话题

1、计算机为什么需要编程？编程已经编了这么多年，已经写了很多程序，为什么还需要编程？

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因为我们需要（希望）通过程序，达到一定的目的或者得到一定的结果。

编写新的程序是为了得到不同的结果。

计算机程序 = 代码 + 数据 （经过运行后得到一个结果，就是计算机程序运行的结果）

从宏观上理解：代码就是动作，就是加工数据指令。

 数据就是数字，就是我们希望被代码加工的数字。

 

结论：计算机编程不外乎两种目的，结果或者过程；即加工数据得到结果。

可以用函数来类比：比如函数的形参就是待加工的数据（有可能函数内还需要一些临时数据，就是局部变量），函数体就是代码，函数体的执行就是加工过程，函数的返回值就是结果

2、程序就是有很多个函数组成的，函数是程序的重要组成部分。

程序需要运行才会得到我们需要的结果或者过程。

程序的本质就是函数，函数的本质是加工数据的动作。

3、冯诺依曼结构和哈佛结构

冯诺依曼结构是：数据和代码放在一起。

哈佛结构是：数据和代码分开存在。

什么是代码：函数

什么是数据：全局变量、局部变量

譬如在S5PV210中运行的linux系统上，运行应用程序时：这时候所有的应用程序的代码和数据都在DRAM，所以这种结构就是冯诺依曼结构；

在单片机中，我们把程序代码烧写到Flash（内置NorFlash，flash是只读的）中，然后程序在Flash中原地运行，程序中所涉及到的数据（全局变量、局部变量）不能放在Flash中，必须放在RAM（SRAM）中。这种就叫哈佛结构。

4、动态内存DRAM和静态内存SRAM

静态内存是系统分给一定的内存后不再变化了，也就是在程序一开始运行就分配内存（不需要初始化就可以直接使用的），直到程序结束了，内存才被释放；

动态内存是系统开始不分配内存，运行时根据需要分配（需要先进行初始化才能进行使用），也就是在程序调用在程序中定义的函数时才被分配，函数调用结束了，内存就释放

5、为什么需要内存？

总结：内存是用来存储可变数据的，数据在程序中表现为全局变量或局部变量等（在gcc中，常量也是存储在内存中；但在大部分单片机中，常量存储在flash中的，也就是代码段中）

很多编程的关键都是为了内存，譬如数据结构和算法

数据结构是研究数据如何组织的，而数据是放在内存中的。

算法是研究如何更优秀的更有效的加工数据，也离不开内存。衡量一个算法优秀与否，绝大部分与这个算法所占的内存大小有关

。

6、如何管理内存？

内存是程序的一种资源，不能过于或随便的浪费。所以管理内存对程序来说是一种很重要的技术。

在没有操作系统（也就是裸机程序）中，程序需要直接操作内存，编程者需要自己计算内存的使用和安排，如果不小心把内存用错了，后果需要自己承担。

从语言角度来讲：不同的语言提供了不同的内存操作接口；

譬如汇编：根本没有任何内存管理，内存管理全靠程序员自己，汇编中操作内存时直接使用内存地址（如0xd0020010），非常麻烦。

譬如C语言：C语言中编译器帮我们管理直接内存地址，我们都是通过编译器提供的变量名等来访问内存的。在操作系统中，如果需要大块内存，可以通过API（malloc分配内存free释放内存）来访问系统内存；在裸机系统中，如果需要大块的内存，就需要自己来定义数组等解决

总结：语言没有好坏，只有适应不适应；譬如当我们程序对性能（如操作系统内核）非常需要时就会使用C/C++，当我们对开发程序速度非常需要时，就会使用java/C#

7、什么是内存？

内存（RAM）从硬件上讲就是一个电脑配件（内存条）。

从逻辑上讲内存是一种这样的东西，可以随机访问，随时进行读写（也可以限制只读或者只写）。

内存在 编程中天生就是为存放变量的（也可以说就是有了内存，才有了C语言的变量，原来受限于硬件）

内存实际是有无数个内存单元格组成的，每一个单元格都有一个唯一的内存地址

用大楼来类比内存很合适，内存就像是一栋无限高的大楼，一个个内存单元格就像是大楼内的一个个小房子，内存地址就像是门牌号，存进去的内容就像是住进去的人

8、位，字节，半字，字的概念和内存位宽

内存单元的大小单位：位（1bit） 字节（8bit） 半字（一般是16bit）  字（一般是32bit）

在所有计算机，所有操作系统中，位永远是 1bit，字节永远是 8bit

历史上曾经出现过16位，32位，64位系统三种，而且系统还有windows，linux，ios等。半字和字等很多概念被混乱定义过

所以在工作中不要详细区分字，半字，双子的概念，只要知道这些单位具体占多少位是依赖于平台的，实际工作中先去搞清楚所在平台的定义，需要注意的是半字一定是字的一半，双字一定是字的2倍

编程一般用不到字的概念，区分主要是我们会在文档中用到字，如果不加区分，容易造成理解错误

在linux+ARM的平台上  字是32位的

内存芯片之间可以并联，即使是8位的内存芯片，通过并联可以也可以做出来16位，32位的内存芯片

9、内存编址和寻址、内存对齐

内存在逻辑上就是一个一个的格子（内存单元格），里面可以存储数据，每一个单元格都有一个内存地址，单元格与内存地址一一对应且永久绑定，这就是内存编址的方法

一个内存单元有两个概念：地址和空间（内存单元的两面性）

关键：内存编址是以字节为单位的

一个内存地址，对应的空间（内存单元）大小是一定的，就是一个字节（8bit）

内存对齐；对齐访问和硬件匹配，所以效率高，非对齐访问和硬件不搭配，所以效率低（因为系统兼容性的问题，非对齐访问也可以实现）

10、数据类型和内存的关系

数据类型是用来定义变量的，变量要存储、运算在内存中，所以内存就必须语相应的数据类型相匹配，否则就会造成效率低下或者不工作

int ×××（整数类型，整的意思就是说和cpu本身的数据位宽（32位或64位）是一样的）

C语言的数据类型决定一个内存单元的长度和解析方法

类型只是对后面符号或者数字（代表的内存地址）所表征的内存长度规定和解析方法规定而已

指针全名是指针变量，实质上和普通变量没有任何区别（包括内存分配）

11、内存管理之结构体

数据结构就是研究数据如何组织（在内存中分布）和加工的学问

最简单的数据结构就是数组（可以一次定义多个数据类型相同，意义相关的变量）； //int a[10];

数组的优点：数组比较简单，可以随机访问，访问时用下标

数组的缺点：数组内所有元素的类型必须相同，且在定义时数组大小就确定，而且不能改变（没有伸缩性，灵活性差）

而在结构体中可以定义数据类型不同的变量

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

结构体可以说是数组的升级版；如果结构体中的数据类型全都相同就可以用数组来代替；

结构体内嵌指针可以实现面向对象；

总的来说C语言是面向程序的，但是C语言写出的linux系统是面向对象的

struct s
{
int age;                //普通变量
void (*pFunc)(void);    //函数指针，指向 void func(void) 这类的函数
};

使用这样的结构体就可以实现面向对象

12、内存管理之栈

什么是栈：栈是一种数据结构，C语言中用栈来存储局部变量；栈是用来管理内存的

栈：先进后出；入口即出口，有一个口是堵死的，所以先进去的必须后出来

队列：先进先出；入口和出口是分开的，必须从入口进，从出口出，所以先进去的先出来

栈内存是反复使用的，上次用完的值没有清零，所以定义局部变量时需要显式初始化，如果没有显式初始化，那么值就是随机的。

13、复杂数据结构

链表：最常用也是最重要的（在嵌入式开发领域）

14、位操作运算

运算种类和运算符：

位与：符号 a&b 全一为一，有零为零 用于对关心位清零（和零作位与）

位或：符号 a|b 全零为零，有一为一 用于对关心位置位（置一，和一作位或）

位异或：符号a^b 相同为零，不同为一 用于对关心位取反（和一作异或）

位取反：符号 ~a 一变零，零变一

位左移：符号a<<

位右移：符号a>> 对于有符号数，右移时左侧补符号位（如果正数就补0，负数就补1，叫算术移位）

15、逻辑操作运算

在C语言中，只有0为假，其他的全都是真

逻辑与：符号 a&&b 有假为假，全真为真

逻辑或：符号 a||b 有真为真，全假为假

逻辑取反：符号 !a 真变假，假变真

16、指针是C语言的精髓

指针变量和普通变量没有任何本质区别

标准用法： int a = 10, b = 0; int *p; p = &a; b = *p; //结果b = 10

16、野指针问题

野指针就是指定义后没有初始化或者赋值的指针

野指针指向的位置是随机的，是不可预知的，在运行时容易触发段错误（Sgmentation fault）

总结：指针变量和普通局部变量一样，都是存储在栈上，都需要在定义时，进行初始化，否则值就是随机的

17、如何避免野指针问题

一般注意以下四点就可以避免野指针问题

第一点：在定义指针变量时就初始化为NULL

第二点：在解引用前判断指针是否指向NULL（指向则不执行解引用，不指向则可以放心解引用）

即   if(NULL != p);

第三点：在解引用完成后，重新把指针赋值为NULL

第四点：在解引用前确保指针指向一个确定的内存地址（需要程序员自己把握）

NULL的实质就是数字0，0地址是不可访问的

18、const关键字和指针结合

const和指针常见的有四种方式：

第一种：int const *p; //p是一个指针，指向一个int型数据，p所指向的是个常量

第二种：const int *p; //p是一个指针，指向一个int型数据，p所指向的是个常量

第三种：int *const p; //p是一个指针，指向一个int型数据，p本身是常量，指向的是变量

第四种：const int *const p; //p是一个指针，指向一个int型数据，p本身是常量，指向的也是常量

关于指针变量，一共涉及到两个变量，一个是指针变量本身（p），一个是指针所指向的那个变量（*p）,而一个const关键字只能修饰一个变量。

19、深入学习数组

从内存角度看，数组就是一次定义多个变量，而且在内存中的存储单元的内存地址是依次连续的

从编译器角度看，数组数组变量本质上和普通变量，指针变量没有区别；变量的本质就是一个地址，编译器把地址（在编译器中表现为具体的数值）和变量名绑定，变量类型决定了这个地址的延续长度

搞清楚：变量、变量名、变量类型的三个概念的含义和区别

//左值和右值：赋值运算符左边的就是左值，右边的就是右值，赋值就是把右值里面的东西给左值；所以右值里面必须有东西（如常量，变量），左值必须能接收东西（如变量）

20、指针和数组的天生关系

数组就是内存地址连续的、类型相同（也就是大小相同）的一连串元素（变量）。这就决定了数组天生就适合使用指针进行访问，数组访问有两种，一种是通过数组下标进行访问（也就是 a[0];）；

一种是通过指针进行访问（也就是 *(a+2);）。

编译器实质都是通过指针访问数组，数组下标访问是C语言提供给编程者的一种方便方法。

定义一个数组  int a[6];

a 表示数组首元素首地址，类型是int *类型，意义和数值等同于&a[0],两者可以相互替换。

&a 表示整个数组的首地址，类型是数组指针。

指针变量 +1，表示指向数组的下一个元素，而不是真的数值+1；也就是加1*sizeof(数据类型)；

在32位系统中，所有的指针变量所占的内存空间都是4字节

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