3.1 程序与进程的存储结构

linux平台下可执行文件的类型都是普通文件。文件的格式主要有三种：a.out，COFF,和ELF。需要注意的是，此a.out不等同于gcc filename不指定可执行文件名所得的名为a.out的可执行文件。二者名字相同，前者为可执行文件文件类型，后者仅为默认文件名，其世界的格式仍为ELF。
可执行文件在执行时，都将会演变成至少一个进程，操作系统也会将可执行文件的内容从磁盘复制到内存中。不论可执行文件的格式是什么，都包含以下几个部分：代码段，数据段，BSS(block started by symbol)段。其中，代码段主要保存程序执行代码，通常是只读的，在多个进程之间可以共享代码段；数据段保存已经初始化的全局变量、静态变量;BSS段保存未初始化的全局变量、静态变量，并在程序执行之前被内核初始化为0或者null。
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运行于基于冯·诺依曼体系结构系统上的程序，数据和程序是一起存储了。因此，编译时，编译器会将全局变量的初始化数据捆绑到最终生成的程序文件中，而对于未初始化的全局变量只是为其分配（指示）了存储位置，不会将大量的0捆绑到程序中。
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Test1实质上没有初始化全局变量，编译时编译器只是为了init_array_g1[]指出了将要使用的内存位置，而不发生 数据绑定。Test2则不同，它将init_array_g1[0]初始化为1，其它元素全部初始化为0，因此，编译器将把 init_array_g1[]数组的10000000个元素的初始化数据全部捆绑到最终的可执行文件中，导致编译后的文件十分庞大。
而当可执行文件演变产生一个新的进程之后(父进程为shell)，进程在内存中的主要映像分为：代码段、数据段、BSS段、堆、栈。其中，堆是动态分配的内存区域，大小不固定，可动态增加或删减，C语言可用malloc函数和free函数进行动态内存的分配与释放；栈是用来保存函数临时创建的局部变量，很显然不包括函数内部的static变量。此外，函数的参数会被压入发起调用函数的进程栈中，调用结束后，返回值也会被存放进栈中。
同样需要注意的是，栈空间由系统自动分配和释放；堆空间则需要手动申请释放。
数据段、BSS段的变量生存周期为整个进程运行过程。
局部变量生存周期为函数内部，即申请到释放该段栈空间。
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3.2 变量的类型修饰符

常用的类型修饰符有auto,const，register，static，extern。其中static和extern可用于定义函数。
变量的数据类型主要说明该变量占用的内存空间大小，类型修饰符指明该变量的存储位置。
auto不用显式写出，即没有指定类型修饰符的变量都是auto变量。
const修饰的变量是只读的，但不是常量。
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如下图所示，可区分不同修饰符所对应变量在内存中的不同位置。
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3.3 命令行参数及获取

3.3.1 命令行参数

C语言使用main函数作为程序执行的入口。由于程序都从main函数开始执行，所以命令行输入的信息将被main函数接收，也称为命令行参数。
main函数原型有几种形式：

  1. int main(void)
  2. int main(int argc,char *argv[])
  3. int main(int argc,char *argv[],char *envp[])

如果程序需要获取用户在运行程序指定的命令行参数，就需要main函数带参数。如果不需要就不用带形参。
main函数的前两个参数argc和argv传递了命令行参数信息。在命令行输入的信息通常由空格和tab隔开。
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举例说明，执行./test -a bb “helloworld”
当test程序执行后，传入main函数的argc值为4：argv[0]指向”./test”，argv[1]指向”-a”，argv[2]指向“bb”，argv[3]指向”helloworld”，argv[4]值为null。
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3.3.2 getopt获取命令行参数

在编程过程中，如果单纯使用main函数的参数argc和argv进行命令的判断，在简单的程序中可行，但在命令选项很多，多个命令前后次序不同会造成相同的结果情况下，使用argc和argv进行判断就会使得程序的分支判断不正确。此时我们需要使用getopt函数进行判断。
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optstring参数是一个选项字符的字符串，其中每个字符都是选项字符。如果选项字符后面跟冒号，说明该选项字符需要指定接收一个参数，该参数可紧挨着选项字符后面也可以以空格隔开，并将该参数的指针赋给optarg；如果选项字符后面跟着两个冒号::，表示该选项字符后需要接受一个参数，且必须紧挨着选项字符后面，不能以空格隔开，并将该参数的指针赋给optarg。
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一般是在循环结构中使用getopt函数以便遍历所有命令行的选项参数。在循环调用getopt函数结束后，命令行参数argv中的参数字符串按照顺序重新调整，将与选项参数有关的参数移到数组前部，其他参数移到数组后部：
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3.4 环境变量

shell是一个特殊的进程，是用户与内核之间的接口。shell启动后拥有多个自己的变量，以列表的形式保存，这些变量也叫环境变量。
变量列表由若干字符串组成，并以null作为结尾。在shell启动进程之后，进程通过特殊的全局变量“char environ”继承shell环境变量。此变量不需用户自己定义，只需通过“extern char environ;”引用即可。
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在shell中对环境变量的操作主要包括查看、定义、修改、删除。
查看：echo $变量名
查看当前shell下所有的环境变量信息，用set命令。
常见的环境变量有HOME(用户主目录),PWD(当前工作目录)，PATH(默认可执行程序搜索路径)。

定义： 变量名=变量值（=中间不能有空格）
但是这样定义的环境变量只能被shell本身访问，如果在变量前加上export命令，则该变量就可以被shell中启动的其他应用程序访问。

修改：与定义环境变量格式相同，对export的使用也相同。

删除：unset 变量名

需要注意的是，使用命令方式对变量做出的改变，无论增加，删除，修改等都是临时的，当系统重新启动后就会恢复到改变之前的状态。这是因为linux系统启动过程中通过读取系统配置文件来确定各变量的值，然而使用命令方式对环境列表的改动并没有写入文件。
如果用户想要系统重启后依然保持对系统变量列表的改动，需要将改动写入/etc/profile和用户主目录中的.bash_profile。前者文件中的修改结果可以由所有登录用户访问，后者文件的修改只能被指定的用户访问。

在编程中访问进程的环境变量需要使用专门的函数，比如getenv,putenv,setenv,unsetenv。
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3.6 错误代码

在linux/unix系统中，返回值为整型的函数执行出错时通常返回一个负值，返回值为指针类型的函数执行出错时通常返回null指针。可用全局的整型变量errno查看错误代码，不需要自行定义，只需要引用errno.h头文件即可。
默认情况下errno值为0。
C标准定义了两个函数帮助打印errno对应的错误原因：一个是strerror，另一个是perror。
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3.7 标准I/O和文件I/O

对文件的输入/输出一般有两种形式，一个是标准I/O，一个是文件I/O。
标准I/O与文件I/O最大的区别在于标准I/O有用户缓冲区，文件I/O没有。使用用户缓冲区是为了尽可能减少使用系统调用read和write的次数。标准I/O默认使用缓冲机制，比如调用fopen函数，不仅打开一个文件，还要建立一个缓冲区，一个包含文件和缓冲区相关数据的数据结构。文件I/O一般没有缓冲区，需要自己创建缓冲区，在linux系统中可使用内核缓冲技术来提高效率。
读写调用是在内核缓冲区和进程缓冲区之间进行数据复制。
标准I/O提供三种类型的缓冲：

  1. 全缓冲：在填满标准I/O缓冲区之后才进行实际的I/O操作。通常对驻留在磁盘上的文件由标准I/O库实行全缓冲。image.png
  2. 行缓冲：当在输入和输出中遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作。因为标准I/O库中用来收集每一行的缓冲区长度相等，所以只要填满缓冲区，不管有无换行符，也进行I/O操作。
  3. 无缓冲：标准I/O库不对字符进行缓冲存储。比如标准错误输出。

一般来说，对于磁盘文件的读写操作时全缓冲的，对显示器等终端设备是行缓冲的，对标准错误输出是无缓冲的。