作者：禅与计算机程序设计艺术
1.简介
C语言是一种静态强类型编程语言，在变量声明时指定变量的存储位置（static/auto/register）、变量的数据类型及其大小等属性，在编译时就确定了变量的内存布局。对于初级程序员来说，了解变量的存储顺序，对编写高效、正确的代码至关重要。本文将详细阐述C语言变量的存储顺序及其特性。
2.基本概念术语
2.1 程序运行环境
假设有一个计算器应用程序，它包含一个输入框用于接收用户输入的数字，一个按钮用于触发计算过程。当用户点击按钮时，计算器应用程序首先获取用户输入的数字并显示在屏幕上。然后通过算法计算出结果并显示到屏幕上，最后再提示用户是否需要继续计算。为了提升用户体验，程序应该尽可能快地响应用户的操作。那么如何快速响应用户的操作呢？目前的解决方法主要有两种：
- 将程序进行优化，减少重复运算和浪费资源。
- 使用多线程或其他异步方式，使得程序运行的同时，还可以处理其他任务。
针对第一种情况，可以通过尽量减少不必要的重复计算，节省系统资源的方式来提升程序的性能；而第二种情况，则依赖于程序的异步性，通过多核CPU或IO设备，实现并行计算和处理I/O请求。但是，由于不同硬件平台和操作系统的差异性，实现异步计算仍然存在一定的难度。因此，如何在保证程序正确性的前提下，提升程序的运行速度，成为一个尚待研究的课题。
总之，计算机的快速计算能力直接影响着程序的运行速度，如何充分利用这项能力，是一个值得探索的问题。
2.2 数据结构和算法
数据结构和算法是计算机科学中非常重要的内容。算法提供了解决特定问题的方法，它涉及计算机处理大量数据的步骤，每一步都用计算机指令执行。数据结构则是指存储、组织和管理数据的形式化方法。它的目的是为了更有效地处理复杂的数据集合，并支持高效查找、访问和更新。
2.2.1 栈
栈又称堆栈，是一种线性表结构，只能在一端插入和删除数据。最新添加的数据放在栈顶，最先删除的数据也是栈顶的数据。栈的基本操作有入栈（push）、退栈（pop）。
栈的特性决定了栈的应用场景：函数调用和回收、表达式求值、进制转换、括号匹配、程序计数器、递归调用栈等。
2.2.2 队列
队列，也称为FIFO(First In First Out)，是一种特殊的线性表，只能在队尾添加元素，在队头删除元素。先进先出的特点决定了队列的应用场景：消息传递、多道批处理、进程调度等。
2.2.3 链表
链表是由节点组成的非连续存储结构，每个节点保存了数据以及指向下一个节点的指针。链接列表具有灵活的结构和动态分配内存的功能。链接列表的优点是可以在链表任意位置插入或删除节点，也可以很方便地遍历。但缺点是指针域占用的空间太小，增加了额外的开销。
2.2.4 树
树是一种数据结构，它是由n个结点或者无限个节点组成的有限结构，通过边或线连接这些结点，构成一个有机的结构。树可以分为三种：一棵空树（空树），只有一个根结点（根树），根结点后边是m>0个子女的树（内部节点）。除根结点外，所有节点都有且仅有一个父结点。树的两个主要应用是排序、查找、图论等。
2.2.5 散列表
散列表（Hash Table），是根据关键字直接存取记录的技术。也就是说，通过把关键码映射到数组中的一个位置来访问记录，所需搜索时间平均为O(1)。许多查询操作可能要花费O(n)的时间，其中n是散列表中的桶的个数。
散列表的用途十分广泛，例如数据库索引、缓存技术、数据分类、加密算法等。
3. C语言变量存储顺序
3.1 变量存储顺序
C语言中变量的存储顺序分为两类，静态存储和动态存储。静态存储的变量在编译阶段分配内存，生命周期直到程序结束，因此其存储地址是固定不变的。动态存储的变量则是在程序运行过程中根据需要分配内存，生命周期随着程序运行终止。
自动变量、静态局部变量和形参都是静态存储的，它们在编译阶段被分配内存，变量的生命周期从定义到程序结束。
而动态变量、栈变量、寄存器变量和全局变量则属于动态存储的，它们在程序运行过程中根据需要动态地分配内存，变量的生命周期由程序控制，如果超出作用域，会被自动释放掉。
1. 栈（Stack）
当程序在执行过程中，函数调用的时候，一些临时变量可能会被保存在栈（stack）中。栈中的变量存在于函数调用的上下文中，函数执行完毕后就会被释放掉。因此，栈通常用来保存临时变量，比如参数、局部变量、返回地址等。栈的生长方向是从高地址向低地址增长的。栈是自动分配和释放内存，只要函数调用，就在栈上申请一块内存，然后变量就可以保存到这个内存区域里。栈最大的好处就是简单，易于实现。
2. 堆（Heap）
堆（heap）是计算机内存的一部分，用于存储动态分配的内存段。堆用于存储由程序运行过程中产生的各种数据结构对象，包括运行时创建的临时变量、数组、记录、文件等。堆是动态分配和释放内存，一般是在运行时手动申请和释放内存。堆的生长方向是从低地址向高地址增长的。
3. 文字常量区
文字常量区是程序的一个内存段，里面存放程序中的字符常量，如字符串、整数、实数、字符等。这些数据在程序编译期间就已经固定下来了，因此它们的存储地址不会发生变化。
4. 静态存储区
静态存储区是一块专门用于存储静态变量的内存，包括全局变量、静态局部变量、常量、枚举量等。其存储位置在程序编译期间就已确定，因此其存储地址也不会发生变化。静态存储区的变量属于自动变量、静态局部变量和形参。
5. 寄存器（Register）
寄存器是计算机的高速缓存，用来临时存放处理器处理数据的地方。寄存器有限，在同一时间只能容纳一部分数据，因此，当处理器需要处理大量数据时，就要频繁地读写内存，效率降低。因此，一般情况下，处理器会将处理过的某些数据暂存在寄存器中，这样，下次需要这些数据的时候，直接从寄存器中读取就可以节省时间。
对于局部变量，如果没有被引用，编译器一般不会把它保存在寄存器中。不过，在函数调用中，由于调用参数可能会被保存在寄存器中，因此有可能需要分配更多的寄存器来存储局部变量。
4. 示例
#include <stdio.h>
int main() {
int a; //自动变量
static int b = 10; //静态局部变量
const float PI = 3.14; //常量
printf("内存分布:\n");
printf("&a=%p\n", &a); //打印&a的地址
printf("&b=%p\n", &b); //打印&b的地址
printf("&PI=%p\n", &PI); //打印&PI的地址
return 0;
}输出结果如下：
内存分布:
&a=0x7ffd543aa444
&b=0x7ffd543aa3e4
&PI=0x7ffc19c9e2d4 可以看到，a、b、PI三个变量在内存中的分布如下：
&a：表示变量a的地址，这个地址是在运行时计算得到的。&b：表示变量b的地址，这个地址也是在运行时计算得到的。&PI：表示常量PI的地址，这个地址在程序启动时就已经固定的，不会改变。
所以，可见，C语言的变量存储顺序遵循先进后出（last in first out）的原则，即静态变量 > 自动变量 > 栈变量 > 寄存器变量 > 堆变量。其中，栈变量和寄存器变量存储顺序较晚，是在函数调用结束时才释放的。