C语言知识点和注意点.docx
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C语言知识点和注意点
变量声明和内存分配
1．内存分配方式
内存分配方式有三种：
[1]从静态存储区域分配。
内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。
例如全局变量，static变量。
[2]在栈上创建。
在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。
栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
[3]从堆上分配，亦称动态内存分配。
程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。
动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。
2．程序的内存空间
一个程序将操作系统分配给其运行的内存块分为4个区域，如下图所示。
一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分,
1、栈区（stack）：
由编译器自动分配释放，存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap）：
一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。
分配方式类似于链表。
3、全局区（静态区）（static）：
存放全局变量、静态数据、常量。
程序结束后由系统释放。
4、文字常量区：
常量字符串就是放在这里的。
程序结束后由系统释放。
5、程序代码区：
存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。
3．堆与栈的比较
3.1申请方式
stack:
由系统自动分配。
例如，声明在函数中一个局部变量intb;系统自动在栈中为b开辟空间。
heap:
需要程序员自己申请，并指明大小，在C中malloc函数，C++中是new运算符。
如p1=（char*）malloc（10）;p1=newchar[10];
如p2=（char*）malloc（10）;p2=newchar[20];
但是注意p1、p2本身是在栈中的。
3.2申请后系统的响应
栈：
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。
堆：
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。
3.3申请大小的限制
栈：
在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。
这句话的意思是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（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。
因此，能从栈获得的空间较小。
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的空闲内存地址的，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。
3.4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new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是栈，而是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。
但是速度快，也最灵活。
3.5堆和栈中的存储内容
栈：
在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（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。
3.6存取效率的比较
chars1[]="a";
char*s2="b";
a是在运行时刻赋值的；而b是在编译时就确定的；但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串（例如堆）快。
比如：
int main（）{
chara=1;
charc[]="1234567890";
char*p="1234567890";
a=c[1];
a=p[1];
return0;
}
对应的汇编代码
10:
a=c[1];
004010678A4DF1movcl,byteptr[ebp-0Fh]
0040106A884DFCmovbyteptr[ebp-4],cl
11:
a=p[1];
0040106D8B55ECmovedx,dwordptr[ebp-14h]
004010708A4201moval,byteptr[edx+1]
004010738845FCmovbyteptr[ebp-4],al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，再根据edx读取字符，显然慢了。
3.7小结
堆和栈的主要区别由以下几点：
1、管理方式不同；
2、空间大小不同；
3、能否产生碎片不同；
4、生长方向不同；
5、分配方式不同；
6、分配效率不同；
管理方式：
对于栈来讲，是由编译器自动管理，无需我们手工控制；对于堆来说，释放工作由程序员控制，容易产生memoryleak。
空间大小：
一般来讲在32位系统下，堆内存可以达到4G的空间，从这个角度来看堆内存几乎是没有什么限制的。
但是对于栈来讲，一般都是有一定的空间大小的，例如，在VC6下面，默认的栈空间大小是1M。
当然，这个值可以修改。
碎片问题：
对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。
对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出，详细的可以参考数据结构。
生长方向：
对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。
分配方式：
堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。
栈有2种分配方式：
静态分配和动态分配。
静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。
动态分配由malloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
分配效率：
栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：
分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。
堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。
显然，堆的效率比栈要低得多。
从这里我们可以看到，堆和栈相比，由于大量new/delete的使用，容易造成大量的内存碎片；由于没有专门的系统支持，效率很低；由于可能引发用户态和核心态的切换，内存的申请，代价变得更加昂贵。
所以栈在程序中是应用最广泛的，就算是函数的调用也利用栈去完成，函数调用过程中的参数，返回地址，EBP和局部变量都采用栈的方式存放。
所以，我们推荐大家尽量用栈，而不是用堆。
虽然栈有如此众多的好处，但是由于和堆相比不是那么灵活，有时候分配大量的内存空间，还是用堆好一些。
无论是堆还是栈，都要防止越界现象的发生（除非你是故意使其越界），因为越界的结果要么是程序崩溃，要么是摧毁程序的堆、栈结构，产生以想不到的结果。
4.new/delete与malloc/free比较
从C++角度上说，使用new分配堆空间可以调用类的构造函数，而malloc（）函数仅仅是一个函数调用，它不会调用构造函数，它所接受的参数是一个unsignedlong类型。
同样，delete在释放堆空间之前会调用析构函数，而free函数则不会。
classTime{
public:
Time（int,int,int,string）;
~Time（）{
cout<<"callTime’sdestructorby:
"< }
private:
inthour;
intmin;
intsec;
stringname;
};
Time:
:
Time（inth,intm,ints,stringn）{
hour=h;
min=m;
sec=s;
name=n;
cout<<"callTime’sconstructorby:
"< }
intmain（）{
Time*t1;
t1=（Time*）malloc（sizeof（Time））;
free（t1）;
Time*t2;
t2=newTime（0,0,0,"t2"）;
deletet2;
system（"PAUSE"）;
returnEXIT_SUCCESS;
}
结果：
callTime’sconstructorby:
t2
callTime’sdestructorby:
t2
从结果可以看出，使用new/delete可以调用对象的构造函数与析构函数，并且示例中调用的是一个非默认构造函数。
但在堆上分配对象数组时，只能调用默认构造函数，不能调用其他任何构造函数。
外部变量声明
方法一
1.//commonDef.h
2.#ifndef __COMMON_DEF_H
3.#define __COMMON_DEF_H
4.
5.static int COMMON_VALUE = 100;
6.
7.#endif
这时候在test1.c和test2.c直接#include"commonDef.h"即可。
static关键字保证了包含该头文件的编译单元分别拥有该变量的独立实体，如同在每一个源文件分别定义一次；若不加static，则会造成“redifinition”。
方法二
1.//commonDef.h
2.#ifndef __COMMON_DEF_H
3.#define __COMMON_DEF_H
4.
5.extern int COMMON_VALUE;
6.
7.#endif
8.
9.//test1.c
10.#include "commonDef.h"
11.int COMMON_VALUE = 100;
12.
13.//test2.c
14.#include "commonDef.h"
也即在公用头文件中，使用extern关键字。
然后再某一个源文件中定义一次，再在每一个使用它的编译单元中包含该头文件即可。
指针数组和数组指针
指针数组和多维数组
char*name[13]={"Illegalmonth","January","February","March","April","May","June","July","August","September","October","November","December"}
它表示name是一个具13个元素的一维数组，其中数组的每个元素是一个指向字符类型对象的指针。
如果将二维数组作为参数传递给函数，那么在函数的参数声明中必须指明数组的列数。
数组的行数没有太大关系，因为函数调用时传递的是一个指针，它指向由行向量构成的一维数组，其中每个行向量是具有13个整型元素的一维数组。
传递给函数的是一个指向很多对象的指针，其中每个对象是由13个整型元素构成的一维数组。
因此，如果将数组daytab作为参数传递给函数f，那么f的声明应该写成下列形式：
f（intdaytab[2][13]）{...}
也可以写成
f（intdaytab[][13]）{...}
因为数组的行数无关紧要，所以，该声明还可以写成
f（int（*daytab）[13]）{...}
数组指针
int（*a）[i]
表示：
指向数组a的指针
定义了数组指针，该指针指向这个数组的首地址，必须给指针指定一个地址，容易犯的错得就是，不给a地址，直接用（*a）[i]=c[i]给数组a中元素赋值，这时数组指针不知道指向哪里，调试时可能没错，但运行时肯定出现问题，使用指针时要注意这个问题。
二叉树和单词读入查找
//二叉树
#include"stdafx.h"
#include"ctype.h"
#include"stdio.h"
#include"string.h"
#include"stdlib.h"
#defineMAXWORD100//单词的最大长度
structtnode//二叉树中每个节点
{
char*word;//指向单词内容的指针
intcount;//统计出现次数的计数值
structtnode*left;//指向左子树的指针
structtnode*right;//指向右子树的指针
};
structtnode*addtree（structtnode*,char*）;//新建一个节点
voidtreeprint（structtnode*）;//打印二叉树
structtnode*talloc（void）;//给新节点分配内存空间
char*strdup（char*）;//将新单词复制到某个隐藏位置
intgetword（char*,int）;//读取下一个单词
int_tmain（）
{
structtnode*root;
charword[MAXWORD];
root=NULL;
while（getword（word,MAXWORD）!
=EOF）
{
if（isalpha（word[0]））
root=addtree（root,word）;
}
treeprint（root）;
system（"pause"）;
return0;
}
//新建一个节点
structtnode*addtree（structtnode*p,char*w）
{
intcond;
if（p==NULL）{
p=talloc（）;
p->word=strdup（w）;
p->count=1;
p->left=p->right=NULL;
}
elseif（（cond=strcmp（w,p->word））==0）
p->count++;
elseif（cond<0）
p->left=addtree（p->left,w）;
else
p->right=addtree（p->right,w）;
returnp;
}
//打印二叉树
voidtreeprint（structtnode*p）
{
if（p!
=NULL）{
treeprint（p->left）;
printf（"%4d%s\n",p->count,p->word）;
treeprint（p->right）;
}
}
//给新节点分配内存空间
structtnode*talloc（void）
{
return（structtnode*）malloc（sizeof（structtnode））;
//将malloc的返回值声明为一个指向void类型的指针，然后再显式地将该指针强制转换为所需类型
}
//将新单词复制到某个隐藏位置
char*strdup（char*s）
{
char*p;
intl;
l=strlen（s）+1;
p=（char*）malloc（l）;
if（p!
=NULL）
strcpy_s（p,l,s）;
returnp;
}
//读取下一个单词
intbufp=0;
charbuf[MAXWORD];
intgetch（void）{
return（bufp>0）?
buf[--bufp]:
getchar（）;//从缓冲区中读取数据
}
voidungetch（intc）{//将数据压回缓冲区
if（bufp>=MAXWORD）
printf（"ungetch:
toomanycharacters\n"）;
else
buf[bufp++]=c;
}
intgetword（char*word,intlim）
{
intc;
char*w=word;
while（isspace（c=getch（）））
;
if（c!
=EOF）
*w++=c;
if（!
isalpha（c））{
*w='\0';
returnc;
}
for（;--lim>0;w++）
if（!
isalnum（*w=getch（）））{
ungetch（*w）;
break;
}
*w='\0';
returnword[0];
}
表查找
链表中每个块都是一个结构，包含一个指向名字的指针，一个指向替换文本的指针，还要有指向链表后继块的指针，如果后继块为空，即链表到头结束。
块结构如下
structnlist{/*tableentry:
*/
structnlist*next;/*nextentryinchain*/
char*name;/*definedname*/
char*defn;/*replacementtext*/
};
散列过程生产了在数组hastab中执行查找的起始下标.如果字符串可以被找到,就一定位于该起始下标指向的链表的某个块.查找过程由lookup函数实现,如果找到返回该表项的指针,否则返回空NULL.
/*lookup:
lookforsinhashtab*/
structnlist*lookup（char*s）
{
structnlist*np;
for（np=hashtab[hash（s）];np!
=NULL;np=np->next）
if（strcmp（s,np->name）==0）
returnnp;/*找到*/
returnNULL;/*没找到*/
}
for（ptr=head;ptr!
=NULL;ptr=ptr->next）是遍历一个链表的标准方法.
install函数借助lookup函数判断待加入的名字是否存在,同上,存在就用新的的定义替换,没有就创建一个新的表项,如果空间不足,返回NULL.
structnlist*lookup（char*）;
char*strdup（char*）;
/*install:
put（name,defn）inhashtab*.
structnlist*install（char*name,char*defn）
{
structnlist*np;
unsignedhashval;
if（（np=lookup（name））==NULL）{/*没有找到*/
np=（structnlist*）malloc（size（*np））;
if（np==NULL||（np->name=strdup（name））==NULL）
returnNULL;
hashval=hash（name）;
np->next=hashtab[hashval];//在表头插入
hashtab[hashval]=np;
}
else
free（（void*）np->defn）;
if（（np->defn=strdup（defn））==NULL;
returnNULL;
returnnp;
}
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