C语言16-static、malloc和free、文件操作

变量的分类和内存分区

实际上，内存是分区的，简单而言，内存分为三个区域：

• 全局区：全局变量、代码机器码放在此区域。全局区的大小，由程序本身的代码以及全局变量的大小决定。
• 栈区：存放参数、局部变量、返回地址等和函数调用有关的内容
• 堆区：除了全局区和栈区的空间，都算作堆区。堆区域的内存，需要程序员手工管理（在C语言中是这样的）我们可以将堆区域类比成一个酒店，我们需要动态的租房和退房。

变量的分类。
变量的分类涉及到变量的一下几个重要的属性：

• 在哪里（内存分区）：不同的变量所在的内存区域是不一样的
• 作用域：在什么范围内，可以使用。作用域一般分为：
  函数作用域、文件作用域（只能在一个文件中被调用）、工程作用域
• 生命周期：一个变量在内存中被分配空间到空间被释放销毁的过程，被称为一个生命周期。

全局变量、局部变量、静态全局变量、静态局部变量

静态局部变量
使用关键字static修饰局部变量,就得到静态局部变量

void Test()
{
    static int s_nValue=10;
    s_nValue++;
}

int main (int argc, char* argv[])
{
    Test();
    Test();
    Test();
    return 0;
}

静态局部变量，其实就是被限制了作用域的全局变量，

以上，只有堆区的变量是比较特殊的，需要结合代码理解。

堆，malloc和free

我们已经知道了，程序运行后，有非常大的一块空间，是动态申请和释放的，那块空间称为堆。
我们可以通过C语言标准库函数中的malloc和free，来动态申请以及释放堆中的控件。
函数原型：

void *malloc( size_t（相当于 unsigned int） size );

malloc接受一个参数，size意味着想要申请的空间的大小。malloc会返回一个没有解释方式的指针，指向刚刚申请到空间的首地址。

#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
    int * pValue =NULL;
    pValue = (int *)malloc(4);
    *pValue=0x1111111;
    *(pValue+1)=0x2222222;
    return 0;
}

（fd是对空间的的上下界限,一般为两个字节，四bit）
最基本上都malloc入门已经讲完。

malloc技巧

与sizeof配合使用

pValue = (int *)malloc(4*sizeof(int ));

错误检查，malloc申请空间失败时，会返回0地址
为了语法malloc失败造成的风险，我们务必要对返回值进行检查

int * pValue = NULL;
pValue =(int *)malloc(100000000000);
if(pValue==NULL)
{
    printf("申请失败\r\n")
    return -1;
}

*pValue = 0x1111111;

free的使用方法

void free( void *memblock );

将申请到的堆的首地址传递给free，即可完成堆空间的释放。
因为释放后的空间，不应该使用，但是C语言中对于使用释放后的空间这种行为，没有约束力。
所以， 强烈推荐，应该按一下代码规范，释放资源：

if(pValue!=NULL)
{
    free(pValue);
    pValue=NULL;
}

free空间后，VS的debug版会格式空间

资源申请和释放的模板

goto的使用场景。
第一个场景：跳出多重循环

int main (int argc, char* argv[])
{
    for (size_t i = 0; i < 100; i++) 
    {
        for (size_t j = 0; j < 100; j++) 
        {
            if (i == 50 && j == 75)
            {
                printf("找到(50, 75)\r\n");
                goto LOOP_EXIT; 
            } 
        }
}

LOOP_EXIT: printf("这里是LOOP标签\r\n"); 
return 0; 
}

第二个场景：资源的动态申请和释放模板。我们先看一个反例，在一个程序中，不恰当的申请多个互相有依赖关系的动态资源。

int main（int argc, char* argv[])
{
    int *pStudent = NULL;
    int *pTeacher = NULL;
    int *pSchool = NULL;

    pStudent = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (pStudent == NULL)
    {
        return -1;
    }
    *pStudent = 0x11111111;
    pTeacher = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (pTeacher == NULL)
    {
         if (pStudent != NULL)
         {
            free(pStudent);
            pStudent = NULL;
         }
        return -1;
    }
    *pTeacher = 0x22222222;
     
    pSchool = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (pSchool == NULL)
    {
        if (pTeacher != NULL)
        {
            free(pTeacher);
            pTeacher = NULL;
            if (pStudent != NULL)
            {
                free(pStudent);
                pStudent = NULL;
            }    
        }
        else if (pTeacher == NULL)
        {
            if (pStudent != NULL)
            {
                free(pStudent);
                pStudent = NULL;
            }
        }
        return -1;
    }
    *pSchool = 0x33333333;
}

而我们使用goto，就很好了,请记住一下的资源申请和释放模板：

#include<sdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
    int nRet = 0;//0表示正常
    int *pStudent = NULL;
    int *pTeacher = NULL;
    int *pSchool = NULL;

    pStudent = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (pStudent == NULL)
    {
         nRet = -1;
         goto LABEL_EXIT;
    }
    *pStudent = 0x11111111;

    pTeacher = (int*)malloc(sizeof(int));
    if (pTeacher== NULL)
    {
         nRet = -1;
         goto LABEL_EXIT;
    }
    *pTeacher = 0x2222222;

    pSchool = (int*)malloc(sizeof(int));
    if (pSchool== NULL)
    {
        nRet = -1;
        goto LABEL_EXIT;
    }
    *pSchool = 0x33333333;
    LABEL_EXIT:
    //统一检查和释放
    if (pSchool != NULL)
    {
        free(pSchool);
        pSchool = NULL;
    }

    if (pTeacher != NULL)
    {
        free(pTeacher);
        pTeacher = NULL;
    }

    if (pStudent != NULL)
    {
        free(pStudent);
        pStudent = NULL;
    }

    return nRet;
}

文件操作

所谓文件，是操作系统的文件系统对信息的抽象。
C语言中，进一步将操作系统中的文件，封装成了结构体FILE，并且，提供了一系列的函数，满足对文件的操作。

• fopen：打开或者创建文件
• fwrite:将内存中的内容，写入文件中
• fread:将文件中的内容，读取到内存中
• fclose:关闭文件
• fseek:移动文件偏移
  所有的以上函数，都是通过FILE*来操作对应的文件的。
  以下的例子，我们创建一个文件，向其内部写入helloworld。

int main（int argc, char* argv[]）
{
    FILE* pFile = fopen("nr1001.txt","w");

    if (pFile == NULL)
    {
        return -1;
    }
    char szMsg[] = "hello\r\nworld";

    fwrite(szMsg, sizeof(char), strlen(szMsg), pFile);
    fclose(pFile);
    return 0;
}

有了文件，意味着我们可以持续化存储数据。