（嵌入式八股）第1章 C语言(四)

1.31 使用指针需要注意什么？

指针是一个强大工具，但如果使用不当，可能会导致严重的程序错误，如内存泄漏、程序崩溃等。

指针定义后要初始化，未指向时指向 NULL

• 问题：如果指针没有初始化，它将指向一个随机的地址，可能会导致访问未定义的内存。
• 解决方法：定义指针时，最好将其初始化为 NULL，确保它不指向任何地址。

• 原因：通过将指针初始化为 NULL，可以在之后检查指针是否已经指向有效内存。访问 NULL 指针通常会导致程序崩溃或错误，而这比访问未初始化的指针更容易诊断。

指针赋值时要保证类型匹配

• 问题：指针的类型确定了指针所指向的内存数据类型。如果指针类型和它所指向的数据类型不匹配，可能导致程序运行时错误或内存损坏。
• 解决方法：在给指针赋值时，确保指针的类型与其指向的对象的类型匹配。

• 原因：指针的类型决定了内存访问的大小和方式，类型不匹配可能会导致数据错误和内存访问异常。

释放指针内存后要将该指针置空

• 问题：当使用 free() 释放动态分配的内存时，指针仍然持有释放前的地址，称为“悬挂指针”。访问这些指针可能导致程序崩溃或错误。
• 解决方法：在调用 free() 后，应将指针置为 NULL，避免使用已释放的内存。

• 原因：通过将指针设置为 NULL，可以避免后续的错误访问，NULL 指针可以通过简单的检查确保指针有效性。

指针分配成功后才可以使用，注意分配后的大小，不要越界

• 问题：指针在内存分配后，必须确保分配成功并且不会越界。访问超出分配内存范围的地址会导致程序崩溃或内存泄漏。
• 解决方法：在使用指针之前，始终检查内存分配是否成功，并确保操作不会越界。

• 原因：越界访问内存不仅会导致程序崩溃，还可能破坏内存中的其他数据，造成数据丢失或难以察觉的错误。

总结

1.32 初始化为0的全局变量在BSS还是Data？

全局变量和静态变量的存储方式取决于它们的初始化值。变量存储在不同的段（如BSS段和Data段）中，具体取决于其是否被初始化以及初始化的值。

BSS段

• BSS（Block Started by Symbol）段用于存放那些未初始化或初始化为0的全局变量和静态变量。
• 在程序加载时，操作系统或加载器会自动将BSS段中的变量初始化为0，以保证它们在程序启动时具有正确的初始值。

Data段

• Data段用于存放那些已初始化的全局变量和静态变量。这些变量在程序编译时就已经有了明确的初始化值。
• 已经明确赋非零值的全局变量会被存储在Data段中。

初始化为0的全局变量：BSS段

• 如果一个全局变量被初始化为0，那么它会被分配到BSS段。这些变量在程序加载时会被自动初始化为0，因为操作系统为BSS段分配的内存会预先设置为0。

在这个示例中，globalVar 被初始化为0，所以它将存储在BSS段中。

已初始化为非零值的全局变量：Data段

• 如果一个全局变量被显式初始化为非零值，它将被分配到Data段。

在这个示例中，globalVar 被初始化为10，它会被存储在Data段。

因此，初始化为0的全局变量会被存储在BSS段，而初始化为非零值的全局变量会被存储在Data段。

1.33 大端和小端

基本概念

这两种字节序的选择取决于计算机系统架构的约定。大部分个人电脑和服务器采用小端字节序，例如 x86 架构的计算机。而一些嵌入式系统和网络协议则常使用大端字节序。

1. 大端字节序：将多字节数据的高位字节存储在低地址位置，低位字节存储在高地址位置。类比：高位字节在前，低位字节在后。举例：整数值 0x12345678 在大端字节序中存储为 12 34 56 78，即高位字节 12 存储在低地址位置，低位字节 78 存储在高地址位置。

2. 小端字节序：将多字节数据的低位字节存储在低地址位置，高位字节存储在高地址位置。类比：低位字节在前，高位字节在后。举例：整数值 0x12345678 在小端字节序中存储为 78 56 34 12，即低位字节 78 存储在低地址位置，高位字节 12 存储在高地址位置。

识别大小端方法

定义变量int i=1;将 i 的地址拿到，强转成char*型，这时候就取到了 i 的低地址，这时候如果是1就是小端存储，如果是0就是大端存储。

1.34 (内存)堆和栈的区别

堆栈空间分配不同：

• 栈由操作系统自动进行分配和释放，用于存放函数的参数值、局部变量的值等，具有高效性。

• 堆一般由程序员手动进行分配和释放，效率比栈低很多。

堆栈缓存方式不同：

• 栈使用一级缓存，存储在处理器核心中，调用完成后立即释放，速度较快。

• 堆存储在二级缓存或主存中，速度相对较慢。

生长方向：

• 堆：堆的分配方向是向上的，即向地址较大的方向分配。当堆需要扩展时，会向高地址方向增长。

• 栈：栈的分配方向是向下的，即向地址较小的方向分配。当栈需要扩展时，会向低地址方向增长。

生命周期：

• 堆：堆上的内存在分配时并不会被立即释放，需要手动进行内存释放操作。堆上的数据可以在程序的任意位置进行访问，不受函数的调用关系限制。

• 栈：栈上的内存分配和释放是自动进行的，随着函数的调用和返回进行相应的操作。栈上的数据只在特定的作用域内有效，函数执行完成后会自动释放。

空间大小：

• 栈的空间大小一般较小，通常最多为2MB，超过则会报溢出错误。

• 堆的空间比较大，理论上可以接近3GB（对于32位程序来说）。

能否产生碎片：

• 栈操作遵循"后进先出"的原则，不会有内存块从栈中弹出，因此不会产生碎片。

• 堆是通过动态分配内存的方式进行分配和释放，频繁的申请和释放内存可能会引发内存碎片问题。

栈的大小通常是在程序启动时由操作系统分配的，并且可能在程序运行时动态调整（例如通过栈溢出保护机制）。它不是在编译时确定的。相对而言，堆的内存分配是动态的，可以在运行时调整。

1.35 在函数中申请堆内存注意点是什么？

当我们在函数中使用 malloc() 或其他内存分配函数分配堆内存时，必须特别小心内存管理问题。

避免内存泄漏

问题：

内存泄漏指的是分配的内存没有被释放，导致程序运行过程中不断消耗内存资源，最终可能导致系统崩溃。

解决方案：

确保在堆内存使用完后及时调用 free（C语言）或 （C++）来释放内存，避免内存泄漏。