C語言內存這個話題

1、計算機為什么需要編程？編程已經編了這么多年，已經寫了很多程序，為什么還需要編程？

因為我們需要（希望）通過程序，達到一定的目的或者得到一定的結果。

編寫新的程序是為了得到不同的結果。

計算機程序 = 代碼 + 數據 （經過運行后得到一個結果，就是計算機程序運行的結果）

從宏觀上理解：代碼就是動作，就是加工數據指令。

 數據就是數字，就是我們希望被代碼加工的數字。

結論：計算機編程不外乎兩種目的，結果或者過程；即加工數據得到結果。

可以用函數來類比：比如函數的形參就是待加工的數據（有可能函數內還需要一些臨時數據，就是局部變量），函數體就是代碼，函數體的執行就是加工過程，函數的返回值就是結果

2、程序就是有很多個函數組成的，函數是程序的重要組成部分。

程序需要運行才會得到我們需要的結果或者過程。

程序的本質就是函數，函數的本質是加工數據的動作。

3、馮諾依曼結構和哈佛結構

馮諾依曼結構是：數據和代碼放在一起。

哈佛結構是：數據和代碼分開存在。

什么是代碼：函數

什么是數據：全局變量、局部變量

譬如在S5PV210中運行的linux系統上，運行應用程序時：這時候所有的應用程序的代碼和數據都在DRAM，所以這種結構就是馮諾依曼結構；

在單片機中，我們把程序代碼燒寫到Flash（內置NorFlash，flash是只讀的）中，然后程序在Flash中原地運行，程序中所涉及到的數據（全局變量、局部變量）不能放在Flash中，必須放在RAM（SRAM）中。這種就叫哈佛結構。

4、動態內存DRAM和靜態內存SRAM

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

動態內存是系統開始不分配內存，運行時根據需要分配（需要先進行初始化才能進行使用），也就是在程序調用在程序中定義的函數時才被分配，函數調用結束了，內存就釋放

5、為什么需要內存？

總結：內存是用來存儲可變數據的，數據在程序中表現為全局變量或局部變量等（在gcc中，常量也是存儲在內存中；但在大部分單片機中，常量存儲在flash中的，也就是代碼段中）

很多編程的關鍵都是為了內存，譬如數據結構和算法

數據結構是研究數據如何組織的，而數據是放在內存中的。

算法是研究如何更優秀的更有效的加工數據，也離不開內存。衡量一個算法優秀與否，絕大部分與這個算法所占的內存大小有關

。

6、如何管理內存？

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

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

從語言角度來講：不同的語言提供了不同的內存操作接口；

譬如匯編：根本沒有任何內存管理，內存管理全靠程序員自己，匯編中操作內存時直接使用內存地址（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存地址，我們都是通過編譯器提供的變量名等來訪問內存的。在操作系統中，如果需要大塊內存，可以通過API（malloc分配內存free釋放內存）來訪問系統內存；在裸機系統中，如果需要大塊的內存，就需要自己來定義數組等解決

總結：語言沒有好壞，只有適應不適應；譬如當我們程序對性能（如操作系統內核）非常需要時就會使用C/C++，當我們對開發程序速度非常需要時，就會使用java/C#

7、什么是內存？

內存（RAM）從硬件上講就是一個電腦配件（內存條）。

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

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

內存實際是有無數個內存單元格組成的，每一個單元格都有一個唯一的內存地址

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

8、位，字節，半字，字的概念和內存位寬

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

在所有計算機，所有操作系統中，位永遠是 1bit，字節永遠是 8bit

歷史上曾經出現過16位，32位，64位系統三種，而且系統還有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區分字，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，區分主要是我們會在文檔中用到字，如果不加區分，容易造成理解錯誤

在linux+ARM的平臺上  字是32位的

內存芯片之間可以并聯，即使是8位的內存芯片，通過并聯可以也可以做出來16位，32位的內存芯片

9、內存編址和尋址、內存對齊

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

一個內存單元有兩個概念：地址和空間（內存單元的兩面性）

關鍵：內存編址是以字節為單位的

一個內存地址，對應的空間（內存單元）大小是一定的，就是一個字節（8bit）

內存對齊；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（因為系統兼容性的問題，非對齊訪問也可以實現）

10、數據類型和內存的關系

數據類型是用來定義變量的，變量要存儲、運算在內存中，所以內存就必須語相應的數據類型相匹配，否則就會造成效率低下或者不工作

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

C語言的數據類型決定一個內存單元的長度和解析方法

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

指針全名是指針變量，實質上和普通變量沒有任何區別（包括內存分配）

11、內存管理之結構體

數據結構就是研究數據如何組織（在內存中分布）和加工的學問

最簡單的數據結構就是數組（可以一次定義多個數據類型相同，意義相關的變量）； //int a[10];

數組的優點：數組比較簡單，可以隨機訪問，訪問時用下標

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

而在結構體中可以定義數據類型不同的變量

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

結構體可以說是數組的升級版；如果結構體中的數據類型全都相同就可以用數組來代替；

結構體內嵌指針可以實現面向對象；

總的來說C語言是面向程序的，但是C語言寫出的linux系統是面向對象的

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

使用這樣的結構體就可以實現面向對象

12、內存管理之棧

什么是棧：棧是一種數據結構，C語言中用棧來存儲局部變量；棧是用來管理內存的

棧：先進后出；入口即出口，有一個口是堵死的，所以先進去的必須后出來

隊列：先進先出；入口和出口是分開的，必須從入口進，從出口出，所以先進去的先出來

棧內存是反復使用的，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，那么值就是隨機的。

13、復雜數據結構

鏈表：最常用也是最重要的（在嵌入式開發領域）

14、位操作運算

運算種類和運算符：

位與：符號 a&b 全一為一，有零為零 用于對關心位清零（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，右移時左側補符號位（如果正數就補0，負數就補1，叫算術移位）

15、邏輯操作運算

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區別

標準用法： int a = 10, b = 0; int *p; p = &a; b = *p; //結果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的，是不可預知的，在運行時容易觸發段錯誤（Sgmentation fault）

總結：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，進行初始化，否則值就是隨機的

17、如何避免野指針問題

一般注意以下四點就可以避免野指針問題

第一點：在定義指針變量時就初始化為NULL

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

即   if(NULL != p);

第三點：在解引用完成后，重新把指針賦值為NULL

第四點：在解引用前確保指針指向一個確定的內存地址（需要程序員自己把握）

NULL的實質就是數字0，0地址是不可訪問的

18、const關鍵字和指針結合

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型數據，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型數據，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型數據，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型數據，p本身是常量，指向的也是常量

關于指針變量，一共涉及到兩個變量，一個是指針變量本身（p），一個是指針所指向的那個變量（*p）,而一個const關鍵字只能修飾一個變量。

19、深入學習數組

從內存角度看，數組就是一次定義多個變量，而且在內存中的存儲單元的內存地址是依次連續的

從編譯器角度看，數組數組變量本質上和普通變量，指針變量沒有區別；變量的本質就是一個地址，編譯器把地址（在編譯器中表現為具體的數值）和變量名綁定，變量類型決定了這個地址的延續長度

搞清楚：變量、變量名、變量類型的三個概念的含義和區別

//左值和右值：賦值運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、指針和數組的天生關系

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

一種是通過指針進行訪問（也就是 *(a+2);）。

編譯器實質都是通過指針訪問數組，數組下標訪問是C語言提供給編程者的一種方便方法。

定義一個數組  int a[6];

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

&a 表示整個數組的首地址，類型是數組指針。

指針變量 +1，表示指向數組的下一個元素，而不是真的數值+1；也就是加1*sizeof(數據類型)；

在32位系統中，所有的指針變量所占的內存空間都是4字節