全局变量和局部变量在内存中的区别

C语言经过编译之后将内存分为以下几个区域：

（1）栈（stack）：由编译器进行管理，自动分配和释放，存放函数调用过程中的各种参数、局部变量、返回值以及函数返回地址。操作方式类似数据结构中的栈。

（2）堆（heap）：用于程序动态申请分配和释放空间。C语言中的malloc和free，C++中的new和delete均是在堆中进行的。正常情况下，程序员申请的空间在使用结束后应该释放，若程序员没有释放空间，则程序结束时系统自动回收。注意：这里的“堆”并不是数据结构中的“堆”。

（3）全局（静态）存储区：分为DATA段和BSS段。DATA段（全局初始化区）存放初始化的全局变量和静态变量；BSS段（全局未初始化区）存放未初始化的全局变量和静态变量。程序运行结束时自动释放。其中BBS段在程序执行之前会被系统自动清0，所以未初始化的全局变量和静态变量在程序执行之前已经为0。

（4）文字常量区：存放常量字符串。程序结束后由系统释放。

（5）程序代码区：存放程序的二进制代码。

显然，C语言中的全局变量和局部变量在内存中是有区别的。C语言中的全局变量包括外部变量和静态变量，均是保存在全局存储区中，占用永久性的存储单元；局部变量，即自动变量，保存在栈中，只有在所在函数被调用时才由系统动态在栈中分配临时性的存储单元。

参考链接：https://www.jianshu.com/p/886bb9f988ec

全局变量、局部变量、静态全局变量、静态局部变量在内存里的区别以及栈与堆的区别

一、先由程序的内存分配说起，一个完整的C/C++程序在运行时会占用的内存分为几个部分。

1. 栈（stack）：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2. 堆（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 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。malloc和new等操作实际上就是在堆中申请内存，对象使用完后要手动释放，否则只能等待程序结束时由系统回收，会产生内存泄漏。
3. 全局区（静态区）（static）：全局变量和静态变量是存储在一起的，初始化过的全局变量和静态变量在同一块区域，未初始化的全局变量和静态变量存放在一块相邻的区域内。此区域由系统在程序结束后释放。
4. 文字常量区：常量字符串存放于此，在程序结束后由系统释放。字符常量就是像这样的 char* str=”abc”;其中的”abc”。在实际情况中，是会复用的，比如变量a和b都赋值为”abc”则实际上他们指向同一块地址。
5. 程序代码区：存放函数体的二进制代码。

二、再从作用域上来区分它们。

1. 全局变量具有全局作用域。全局变量只需在一个源文件中定义，就可以作用于所有的源文件。当然，其他不包含全局变量定义的源文件需要用extern 关键字再次声明这个全局变量。
2. 局部变量也只有局部作用域，它是自动对象（auto），它在程序运行期间不是一直存在，而是只在函数执行期间存在，函数的一次调用执行结束后，变量被撤销，其所占用的内存也被收回。
3. 静态局部变量具有局部作用域，它只被初始化一次，自从第一次被初始化直到程序运行结束都一直存在，它和全局变量的区别在于全局变量对所有的函数都是可见的，而静态局部变量只对定义自己的函数体始终可见。
4. 静态全局变量也具有全局作用域，它与全局变量的区别在于如果程序包含多个文件的话，它作用于定义它的文件里，不能作用到其它文件里，即被static关键字修饰过的变量具有文件作用域。这样即使两个不同的源文件都定义了相同名字的静态全局变量，它们也是不同的变量。

从分配内存空间看：全局变量，静态局部变量，静态全局变量都在静态存储区分配空间，而局部变量在栈里分配空间。

从以上分析可以看出， 把局部变量改变为静态变量后是改变了它的存储方式即改变了它的生存期。把全局变量改变为静态变量后是改变了它的作用域，限制了它的使用范围。因此static 这个说明符在不同的地方所起的作用是不同的。

三、总的来说，全局变量、局部变量、静态全局变量、静态局部变量的区别是：

1. 生存周期不同
2. 作用范围不同
3. 分配方式不同

四、再来分析下堆和栈的不同：

1. 分配方式不同
2. 空间大小不同
3. 分配效率不同
4. 能否产生碎片不同
5. 生长方向不同

1、分配方式不同：

栈: 由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
堆: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = (char *)new(10);
但是注意p1、p2本身是在栈中的。

2、空间大小不同：

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。

3、分配效率不同：

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。

4、碎片问题：

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，另外，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。另外，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。

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。

5、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。

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。

参考链接：https://www.cnblogs.com/binxindoudou/archive/2013/04/20/3032119.html

线程的共享资源和私有资源

线程共享的环境包括：进程代码段、进程的公有数据(利用这些共享的数据，线程很容易的实现相互之间的通讯)、进程打开的文件描述符、信号的处理器、进程的当前目录和进程用户ID与进程组ID。

    进程拥有这许多共性的同时，还拥有自己的个性。有了这些个性，线程才能实现并发性。这些个性包括：

    1.线程ID
      每个线程都有自己的线程ID，这个ID在本进程中是唯一的。进程用此来标

   识线程。

    2.寄存器组的值
       由于线程间是并发运行的，每个线程有自己不同的运行线索，当从一个线

   程切换到另一个线程上时，必须将原有的线程的寄存器集合的状态保存，以便

   将来该线程在被重新切换到时能得以恢复。

    3.线程的堆栈
       堆栈是保证线程独立运行所必须的。
       线程函数可以调用函数，而被调用函数中又是可以层层嵌套的，所以线程

   必须拥有自己的函数堆栈，使得函数调用可以正常执行，不受其他线程的影

   响。

    4.错误返回码
       由于同一个进程中有很多个线程在同时运行，可能某个线程进行系统调用

   后设置了errno值，而在该线程还没有处理这个错误，另外一个线程就在此时

   被调度器投入运行，这样错误值就有可能被修改。
       所以，不同的线程应该拥有自己的错误返回码变量。

    5.线程的信号屏蔽码
       由于每个线程所感兴趣的信号不同，所以线程的信号屏蔽码应该由线程自

   己管理。但所有的线程都共享同样的信号处理器。

    6.线程的优先级
       由于线程需要像进程那样能够被调度，那么就必须要有可供调度使用的参

   数，这个参数就是线程的优先级。

涉及多线程程序涉及的时候经常会出现一些令人难以思议的事情，用堆和栈分配一个变量可能在以后的执行中产生意想不到的结果，而这个结果的表现就是内存的非法被访问，导致内存的内容被更改。 

　　理解这个现象的两个基本概念是：在一个进程的线程共享堆区，而进程中的线程各自维持自己堆栈。 

　　另一运行机制就是如果声明一个成员变量如 char Name[200]，随着这段代码调用的结束，Name在栈区的地址被释放，而如果是 char * Name = new char[200]; 情况则完全不同，除非显示调用delete否则 Name指向的地址不会被释放。 

　　在B中如果用栈区 即采用临时变量的机制分配声明V和堆区，而者的结果是不同的。如果用栈区，如果变量地址为Am1-Am2这么大，退出B调用时候这段地址被释放，C函数可能将这段内存改写；这样当D执行的时候，从内存Am1-Am2中读取的内容就是被改过的了。 

　　而如果用New（堆）分配，则不会出现那样的情况，因为没有显示对用delete并且堆对于线程共享，即2线程可以看到1线程在堆里分配的东西，所以不会发生误写。 

　　这个问题是笔者在公司实习的时候发现的，因为当时刚刚涉及多线程程序设计，操作系统中如此简单的话题困扰笔者很久，希望可以对初涉C++多线程的读者 有所帮助！ 2）如果两个线程共享堆，而且都有可能执行内存分配和释放操作，就必须进行同步保护，这个和C类，R类，T类没有关系。你看到的例子两个线程应该是使用各 自的堆。 

　　在 windows 等平台上，不同线程缺省使用同一个堆，所以用 C 的 malloc （或者 windows 的 GlobalAlloc）分配内存的时候是使用了同步保护的。如果没有同步保护，在两个线程同时执行内存操作的时候会产生竞争条件，可能导致堆内内存管理 混乱。比如两个线程分配了统一块内存地址，空闲链表指针错误等。 

　　Symbian 的线程一般使用独立的堆空间。这样每个线程可以直接在自己的堆里分配和释放，可以减少同步所引入的开销。当线程退出的时候，系统直接回收线程的堆空间，线程内没有释放的内存空间也不会造成进程内的内存泄漏。 

　　但是两个线程使用共用堆的时候，就必须用 critical section 或者 mutex 进行同步保护。否则程序崩溃是早晚的事。如果你的线程需要在共用堆上无规则的分配和释放任何数量和类型的对象，可以定制一个自己的 allcator，在 allocator 内部使用同步保护。线程直接使用这个 allocator 分配内存就可以了。这相当于实现自己的 malloc，free。但是更建议你重新审查一下自己的系统，因为这种情况大多数是不必要的。经过良好的设计，线程的本地堆应该能够满足大多数对象的需 求。如果有某一类对象需要在共享堆上创建和共享，这种需求是比较合理的，可以在这个类的 new 和 delete 上实现共享保护。

参考链接：https://www.cnblogs.com/jiu0821/p/5870900.html

最后

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