C语言中的Static和内联函数

1、在C语言中，关键字Static有三个明显的作用：

--- 在函数体内，一个被声明为静态的变量在这一函数被调用结束后不释放其存储空间。定义为static的局部变量存储在全局区（静态区），而一般的局部变量存储在栈中。

--- 在模块内（但在函数体外），一个被声明为静态的变量可以被模块内所有函数访问，但不能被模块外其他函数访问。它是一个本地的全局变量。在模块内，一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。即这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用。

--- 类中定义的static数据成员属于所有该类对象共享，在内存中只占一份空间，而不是每个对象都分别为它保留一份空间。

--- 类中定义为static的成员函数只能直接调用static数据成员，若要访问非静态数据成员，需要加上对象名，因为静态成员函数没有this指针。

2、内联函数需要注意点

--- 可将代码很少的函数定义为inline函数

--- 不要将代码很多的函数定义为inline函数

--- 关键字inline必须与函数定义体放在一起才能使函数称为内联

--- 仅将inline放在函数声明前面不起作用

--- 定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数

--- 现在的编译器会自动决定是否对函数inline，无论函数前是否加了inline。

3、程序的组成部分

由C语言代码（文本文件）形成可执行程序（二进制文件），需要经过编译 - 汇编 - 连接三个阶段。

编译过程把C语言文本文件生成汇编程序，汇编过程把汇编程序形成二进制机器代码，连接过程则将各个源文件生成的二进制机器代码文件组合成一个文件。这个文件它由几个部分组成，在程序运行时又会产生其他几个部分，各个部分代表了不同的存储区域：

--- 代码段（Code或Text）：代码段由程序中执行的机器代码组成。在C语言中，程序语句进行编译后，形成机器代码。在执行程序的过程中，CPU的程序计数器指向代码段的每一条机器代码，并由处理器依次运行。

--- 只读数据段（RO data）：只读数据段是程序使用的一些不会被更改的数据。

--- 未初始化数据段（BSS）：在程序中声明，但是没有初始化的变量，这些变量在程序运行之前不需要占用存储器的空间。

--- 已初始化读写数据段（RW data）：在程序中声明，并且具有初值的变量，这些变量需要占用存储器的空间，在程序执行时它们需要位于可读写的内存区域内，并具有初值，以供程序运行时读写。

--- 堆（heap）：堆内存只在程序运行时出现，一般由程序员分配和释放。

--- 栈（stack）：栈内存只在程序运行时出现，在函数内部使用的变量、函数的参数以及返回值将使用栈空间，栈空间由编译器自动分配和释放。

代码段、只读数据段、未初始化数据段、已初始化读写数据段属于静态区域。而堆和栈属于动态区域。代码段、只读数据段、读写数据段将在连接之后产生，未初始化数据段将在程序初始化的时候开辟，堆和栈在程序的运行中分配和释放。

-------- C语言程序分为映像和运行时两种状态。在编译 - 连接后形成的映像中，将只包含代码段、只读数据段和读写数据段。在程序运行之前，将动态生成未初始化数据段（BSS），在程序的运行时将动态形成堆区域和栈区域。一般来说，在静态的映像文件中，各个部分称之为节（Section），而在运行时的各个部分称之为段（Segment），如果不详细区分，可以统称为段。

---- 全局区（静态区）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。

int a; 建立了存储空间，称为定义性声明。

extern a; 不建立存储空间，称为引用性声明。

局部变量用static声明，则使该变量在整个程序执行期间不释放，分配的内存单元始终存在。

外部变量用static声明，则该变量只能在本文件中使用，而不能在其他文件中使用。

---- 函数：本质上是全局的，因为一个函数要被另外的函数调用但是也可以指定函数不能被其他文件调用。根据函数能否被其他文件调用，将函数分为内部函数和外部函数。

内部函数：一个函数只能被本文件中其他函数所调用，称为内部函数，定义时，函数类型前面加上static，即：static int fun（int a,int b）; 内部函数由称为静态函数，作用域只限于所在文件，在不同的文件中有同名的内部函数，互不干扰。

外部函数：定义时加上extern，可供其他函数调用。

4、堆和栈的比较

--- 申请方式：

     stack - 由系统自动分配（局部变量）

     heap - 需要程序员自己申请，并指明大小（malloc/new）

--- 申请后系统的响应

     stack - 只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

     heap - 首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

--- 申请大小的限制

     栈 - 在Windows下，栈是向低地址扩展的数据结构（先分配高地址，后分配低地址），是一块连续的内存区域。即栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在Windows下，栈的大小是2M（也有说是1M，总之是一个编译时就确定的值），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此只能从栈获得较小的空间。

     堆 - 堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

--- 申请效率的比较

     栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

     堆：是由malloc/new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生碎片，不过用起来最方便。

另外，在Winodws下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，它不是在堆内，也不在栈内，是直接在进程的地址空间中保留的一块内存。虽然用起来最不方便，但是速度快，也最灵活。

--- 存储内容的比较

     栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中的下一条指令的地址（函数调用语句的下一条可执行语句的地址），然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

     堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

小结：栈不够用的情况一般是程序中分配了大量数组和递归函数层次太深。当一个函数调用完成返回主函数时它会释放该函数中所有的栈空间。

栈空间是由编译器自动管理的，不用程序员操心。 堆是动态分配内存的，并且你可以分配使用很大的内存，但是用不好会产生内存泄漏。并且频繁的malloc和free会产生内存碎片（有点类似磁盘碎片），因为C分配动态内存时是寻找匹配的内存的。而栈则不会产生内存碎片，在栈上存取数据比通过指针在堆上存取数据快些。一般大家说的堆栈就是指栈（stack），而说堆时才是堆（heap）。栈是高地址向低地址生长。

5、volatile的问题

volatile的意思是易变的，一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样编译器就不会去假设这个变量的值了。精确的说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。用volatile变量的例子：

--- 并行设备的硬件寄存器（如状态寄存器）

--- 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量

--- 多线程应用中被几个任务共享的变量。

----- 一个参数既可以是const还可以是valatile的吗？

可以的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。

----- 一个指针可以是volatile的吗？

可以的。尽管这并不是很常见。一个例子是当一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的指针。

6、const用途

--- 可以定义const常量

--- 可以修饰函数的参数，返回值，甚至函数的定义体。被const修饰的东西都受到强制保护，可以预防意外的变动，能提高程序的健壮性。

在函数的形参前加const关键字意味着这个参数在函数体内不会被修改，属于“输入参数”。

const意味着“只读”。 const int a; 等同于 int const a; //a是一个只读整型变量

const int *a; //a指向的整型数不可修改，即不能通过指针修改*a的值，但是a的指向是可以改变的。

int * const a; //a是常指针，指向不可以改变，指向的值可以改变