C语言与内存需要知道的事情：进程、地址空间、用户模式、内核模式、栈、数据类型、存储类型、静态变量、寄存器变量

进程

一个可执行程序就是一个进程（Process），进程的最显著特点就是拥有独立的地址空间。

程序：静态概念，存储在磁盘上的一个文件，是指令和数据的集合；

进程：动态概念，程序加载到内存运行后的一系列的活动；

一个进程对应一个地址空间，而一个程序可能会创建多个进程。
内核模式与用户模式

用户程序调用系统API函数称为系统调用（System Call）；发生系统调用时会暂停用户程序，转而执行内核代码（内核也是程序），访问内核空间，这称为内核模式（Kernel Mode）。

用户空间保存的是应用程序的代码和数据，是程序私有的，其他程序一般无法访问，当执行应用程序自己的代码时，称为用户模式（User Mode）。

用户模式就是执行应用程度代码，访问用户空间；内核模式就是执行内核代码，访问内核空间（当然也有权限访问用户空间）。
两种模式的区分源头

内核最主要的任务是管理硬件，包括显示器、键盘、鼠标、内存、硬盘等，并且内核也提供了接口（也就是函数），供上层程序使用。当程序要进行输入输出、分配内存、响应鼠标等与硬件有关的操作时，必须要使用内核提供的接口。但是用户程序是非常不安全的，内核对用户程序也是充分不信任的，当程序调用内核接口时，内核要做各种校验，以防止出错。

从 Intel 80386 开始，出于安全性和稳定性的考虑，CPU 可以运行在 ring0 ~ ring3 四个不同的权限级别，也对数据提供相应的四个保护级别。不过 Linux 和 Windows 只利用了其中的两个运行级别：
- 一个是内核模式，对应 ring0 级，操作系统的核心部分和设备驱动都运行在该模式下。
- 另一个是用户模式，对应 ring3 级，操作系统的用户接口部分（例如 Windows API）以及所有的用户程序都运行在该级别。
内核和用户程序共享地址空间

第一节已经说了，一个进程最显著的特点是拥有独立的地址空间，内核和用户共享地址空间，也就是说两者在同一个进程里。

当内核和用户两者切换时，是模式切换，仅仅需要寄存器进栈出栈，不会导致缓存失效。
栈

==栈（Stack）==是程序的虚拟地址空间中地址较高的一个区域。

栈（Stack）可以存放函数参数、局部变量、局部数组等作用范围在函数内部的数据，用途就是完成函数的调用。

栈内存由系统自动分配和释放：发生函数调用时就为函数运行时用到的数据分配内存，函数调用结束后就将之前分配的内存全部销毁。所以局部变量、参数只在当前函数中有效，不能传递到函数外部。

可以把栈理解成一个容器，先进后出（First In Last Out）的存储并利用数据。

入栈（压栈、Push）：放入数据；

出栈（弹出、Pop）：取出数据；

物理上讲，栈是一段连续的内存，需要同时记录栈底和栈顶，才能定位当前的栈。

ebp 和 esp 都是CPU中的寄存器：ebp 是 Extend Base Pointer 的缩写，通常用来指向栈底；esp 是 Extend Stack Pointer 的缩写，通常用来指向栈顶。
栈溢出

栈能用的内存有限，一般是 1M~8M，这在编译时就已经决定了，程序运行期间不能再改变。如果程序使用的栈内存超出最大值，就会发生==栈溢出（Stack Overflow）==错误。

一个程序可以包含多个线程，每个线程都有自己的栈，严格来说，栈的最大值是针对线程来说的，而不是针对程序。

栈内存的大小和编译器有关，编译器会为栈内存指定一个最大值,即可以通过软件设定参数指定。

配置属性–>链接器–>系统–>堆栈保留大小

栈经常被称为堆栈，而堆依然称为堆。
C语言变量的存储类别

变量有两个知名属性：
- 数据类型：指明变量占用多大的内存空间，可以进行哪些操作；int、float、double…
- 存储类别：指明变量在内存中的存放区域；auto、static、register、extern
在进程的地址空间中，可以用来存放变量的值的区域有：
- 常量区：全局变量、静态变量、一般常量、字符串常量
- 全局数据区：全局变量、静态变量、一般常量、字符串常量
- 栈区：局部变量、函数参数
常量区和全局数据区的内存在程序启动时就已经由操作系统分配好，占用的空间固定，程序运行期间不再改变，程序运行结束后才由操作系统释放；

栈区的内存在程序运行期间由系统根据需要来分配（使用到变量才分配内存；如果定义了变量但没有执行到该代码，也不会分配内存），占用的空间实时改变，使用完毕后立即释放，不必等到程序运行结束；

生存期指的是在程序运行过程中，变量从创建到销毁的一段时间，生存期的长短取决于变量的存储类别，也就是它所在的内存区域。

知道了变量的存储类别，就可以知道变量的生存期。
auto

自动或默认，定义变量时加不加auto都一样，一般可省略；
```
int n = 10;
# 等同于
auto int n = 10;
```
static

静态变量，不管是全局还是局部的，都存储在静态数据区（全局变量本来就存储在静态数据区，可以不加static）

静态数据区的数据在程序启动时就会初始化，直到程序运行结束；对于代码块中的静态局部变量，即使代码块执行结束，也不会销毁。
register

寄存器变量。

变量的值是存储在内存中的，CPU 每次使用数据都要从内存中读取。如果有一些变量使用非常频繁，从内存中读取就会消耗很多时间，可以将使用频繁的变量放在CPU的通用寄存器中，这样使用该变量时就不必访问内存，直接从寄存器中读取，大大提高程序的运行效率。
References