C函数和变量的内存分配C

Question

取决于C编译器和编译器标志的版本，可以在函数的任何地方初始化变量（据我所知）。

我习惯于把所有的变量放在函数的顶部，但是如果在函数的任何其他地方定义了变量的话，讨论就开始关于变量的内存使用。

下面我写了2个简短的例子，我想知道是否有人能解释我（或验证）内存如何分配。

示例1：变量y在可能的返回语句之后定义，有可能这个变量不会用于这个原因，据我所知这并不重要，代码（内存分配）如果变量放在函数的顶部，它将是相同的。它是否正确？示例2：变量x在一个循环中被初始化，这意味着这个变量的范围只在这个循环中，但是这个变量的内存使用情况如何呢？如果放在函数的顶部，它会有什么不同吗？或者只是在函数调用时在堆栈上初始化？

编辑：总结一个主要问题： 减少变量的范围或改变第一次使用的位置（所以在其他地方而不是顶部）对内存使用有什么影响吗？

代码示例1

static void Function(void){ 
uint8_t x = 0; 

//code changing x 
if(x == 2) 
{ 
    return; 
} 

uint8_t y = 0;  
//more code changing y 
} 

代码示例2

static void LoopFunction(void){ 
uint8_t i = 0; 

for(i =0; i < 100; i ++) 
{ 
    uint8_t x = i; 
    // do some calculations 
    uartTxLine("%d", x); 
} 

//more code 
} 

Answer 1

我习惯把它所有的变量在函数的顶部

此使用在旧版本的C中是必需的，但现代编译器已经放弃了这个要求。只要他们知道首次使用时的变量类型，编译器就可以获得所需的所有信息。

我想知道是否有人能解释我如何分配内存。

编译器决定如何在自动存储区中分配内存。实现不限于为每个变量声明一个单独位置的方法。允许它们重用超出范围的变量位置，也可以重用某个点后不再使用的变量。

在你的第一个例子中，变量y被允许使用以前由可变x所占用的空间，因为使用的y的第一点是利用x的最后一点后。

在第二个示例中，循环内用于x的空间可以重用于您可能在// more code区域中声明的其他变量。

Answer 2

基本上，故事是这样的。在原始汇编程序中调用函数时，可以自定义在进入函数时将函数使用的所有内容存储在堆栈中，并在离开时进行清理。某些CPU和ABI可能有一个涉及自动堆栈参数的调用约定。

可能是因为这个原因，C和许多其他旧语言都要求所有变量都必须在函数的顶部（或在作用域之上）声明，以便{ }反映堆栈上的push/pop 。

大约在80年代/ 90年代，编译器开始有效地优化这些代码，因为它们只会在首次使用时为局部变量分配空间，并且在没有进一步使用的时候解除分配为了它。无论变量是在哪里声明的 - 对于优化编译器都没有关系。大约在同一时间，C++解除了C所拥有的变量声明限制，并允许在任何地方声明变量。然而，C在1999年之前并没有在更新的C99标准之前真正解决这个问题。在现代C中，你可以在任何地方声明变量。

所以你的两个例子之间绝对没有性能差异，除非你使用了一个令人难以置信的古老编译器。然而，尽可能地缩小变量的范围是一种很好的编程习惯 - 尽管不应该以牺牲可读性为代价来完成。

虽然只是一个风格问题，我个人喜欢写你的函数是这样的：

（请注意，您正在使用uint8_t错误的printf格式指示符）

#include <inttypes.h> 

static void LoopFunction (void) 
{ 
    for(uint8_t i=0; i < 100; i++) 
    { 
    uint8_t x = i; 
    // do some calculations 
    uartTxLine("%" PRIu8, x); 
    } 

//more code 
} 

Answer 3

老C只允许声明（并初始化）块顶部的变量。你在哪里允许任何地方初始化一个新块（一对{和}字符）块内部，所以你旁边的代码中使用它们了则声明变量的可能性：

... /* inside a block */ 
{ int x = 3; 
    /* use x */ 
} /* x is not adressabel past this point */ 

而且你在哪里允许在switch陈述，if报表和while和do语句做到这一点（无处不在那里你可以初始化一个新的块）

现在，你被允许声明一个变量任何地方的声明是允许的，并且该变量的范围变从宣言到内部结束你已经把它声明为。

编译器决定何时为局部变量分配存储空间，因此，当您创建堆栈帧时（这是gcc方式，因为它只分配一次局部变量），或者当您输入块定义（例如，Microsoft C就是这样做的）在运行时分配空间是需要在运行时推进堆栈指针的，因此如果每个堆栈帧只执行一次，那么您将节省CPU周期（但浪费内存位置）。这里最重要的是你不允许在其范围定义之外引用一个可变位置，所以如果你尝试这样做，你会得到未定义的行为。由于没有人花时间使用Microsoft-C编译器（在核心转储中失败）编译该程序，而不是使用GCC编译该程序，所以我发现了一个老的bug在Internet上长时间运行。该代码使用在内部作用域中定义的局部变量（if语句的then部分）通过在代码的其他部分中引用（因为所有内容都在main函数中，堆栈帧始终存在）Microsoft-C只是在退出if声明时重新分配了空间，但GCC等待完成，直到完成main。通过在变量声明中添加一个static修饰符（使其成为全局变量）并且不再需要重构来解决这个问题是非常必要的。

int main() 
{ 
    struct bla_bla *pointer_to_x; 
    ... 
    if (something) { 
     struct bla_bla x; 
     ... 
     pointer_to_x = &x; 
    } 
    /* x does not exist (but it did in gcc) */ 
    do_something_to_bla_bla(pointer_to_x); /* wrong, x doesn't exist */ 
} /* main */ 

时改为：

int main() 
{ 
    struct bla_bla *pointer_to_x; 
    ... 
    if (something) { 
     static struct bla_bla x; /* now global ---even if scoped */ 
     ... 
     pointer_to_x = &x; 
    } 
    /* x is not visible, but exists, so pointer_to_x continues to be valid */ 
    do_something_to_bla_bla(pointer_to_x); /* correct now */ 
} /* main */