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C++靜態(tài)變量,常量的存儲(chǔ)位置你真的了解嗎

更新時(shí)間：2021年08月31日 18:08:52 作者：·Jormungand

這篇文章主要介紹了C++中靜態(tài)變量與常量的存儲(chǔ)位置的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下,希望能夠給你帶來(lái)幫助

引言

在動(dòng)態(tài)內(nèi)存的博客中，我提到：

在這里插入圖片描述

在Linux 內(nèi)存管理的博客中，我提到：

在這里插入圖片描述

盡管都有盡可能完全的描述，并且兩者大致意思沒(méi)有沖突。而之所以令我一直感到略有不同，越看越迷糊的原因是：第一張圖講的其實(shí)是C++在概念上對(duì)內(nèi)存的劃分，第二張圖講的是Linux對(duì)虛擬內(nèi)存進(jìn)行的劃分。前者是概念上的，也是C++程序在運(yùn)行時(shí)會(huì)切實(shí)執(zhí)行的，而后者就是在Linux系統(tǒng)上對(duì)前者概念的具象化！下面進(jìn)行進(jìn)一步分析。

C++對(duì)內(nèi)存的劃分如何落實(shí)在Linux上

C++其實(shí)將內(nèi)存劃分為兩種：動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)、靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。

第一張圖對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行了進(jìn)一步劃分——堆、棧。

而網(wǎng)上其他博客可能還會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步劃分——堆、棧、自由存儲(chǔ)區(qū)。并對(duì)靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步劃分——常量存儲(chǔ)區(qū)、全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。

可謂是五花八門(mén)，我們不妨先做個(gè)歸攏：

自由存儲(chǔ)區(qū)和堆之間的問(wèn)題

這篇博客分析地很詳細(xì)C++ 自由存儲(chǔ)區(qū)是否等價(jià)于堆？，我引用其中一些內(nèi)容進(jìn)行分析：

在概念上我們是這樣區(qū)分兩者的：

malloc 在堆上分配的內(nèi)存塊，使用 free 釋放內(nèi)存。
new 所申請(qǐng)的內(nèi)存則是在自由存儲(chǔ)區(qū)上，使用 delete 來(lái)釋放。

那么物理上，自由存儲(chǔ)區(qū)與堆是兩塊不同的內(nèi)存區(qū)域嗎？它們有可能相同嗎？

基本上，所有的 C++編譯器默認(rèn)使用堆來(lái)實(shí)現(xiàn)自由存儲(chǔ)，也即是缺省的全局運(yùn)算符 new 和 delete 也許會(huì)按照 malloc 和 free 的方式來(lái)被實(shí)現(xiàn)，這時(shí)藉由 new 運(yùn)算符分配的對(duì)象，說(shuō)它在堆上也對(duì)，說(shuō)它在自由存儲(chǔ)區(qū)上也正確。但程序員也可以通過(guò)重載操作符，改用其他內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)自由存儲(chǔ)，例如全局變量做的對(duì)象池，這時(shí)自由存儲(chǔ)區(qū)就區(qū)別于堆了。

總結(jié)：

自由存儲(chǔ) 是 C++ 中通過(guò) new 與 delete 動(dòng)態(tài)分配和釋放對(duì)象的抽象概念，而堆（heap）是 C語(yǔ)言和操作系統(tǒng) 的術(shù)語(yǔ)，是操作系統(tǒng)維護(hù)的一塊動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存。
new 所申請(qǐng)的內(nèi)存區(qū)域在 C++ 中稱(chēng)為自由存儲(chǔ)區(qū)。藉由堆實(shí)現(xiàn)的自由存儲(chǔ)，可以說(shuō) new 所申請(qǐng)的內(nèi)存區(qū)域在堆上。
堆與自由存儲(chǔ)區(qū)的運(yùn)作方式不同、訪問(wèn)方式不同，所以應(yīng)該被當(dāng)成不一樣的東西來(lái)使用。

如何落實(shí)在Linux上？

C++中的堆自然也就對(duì)應(yīng)Linux中的堆段，而C++中的自由存儲(chǔ)區(qū)，如果不主動(dòng)改用其他內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)自由存儲(chǔ)，那么理應(yīng)也在堆段上。

而正如上面所言，堆段由程序員進(jìn)行申請(qǐng)和釋放：

int main(){
	int *pi = new int; 
	// pi指向一個(gè)動(dòng)態(tài)分配的、未初始化的無(wú)名對(duì)象,該對(duì)象的地址位于堆上
	// 而pi的地址位于main函數(shù)的棧上
}

棧

C++中的棧自然對(duì)應(yīng)Linux中的棧段，棧段是進(jìn)程運(yùn)行之初（從main函數(shù)開(kāi)始）創(chuàng)建的，進(jìn)程運(yùn)行時(shí)（main函數(shù)中）每調(diào)用一個(gè)函數(shù)就會(huì)在棧段上申請(qǐng)一段空間作為棧幀，來(lái)管理調(diào)用函數(shù)的相關(guān)信息。

void fun(){
	int j = 2; // 調(diào)用fun時(shí)，j存在于fun的棧幀上
	cout << "hello" << endl;
}
int main(){ // 創(chuàng)建棧段
	int i = 1; // 存在于棧段上
	fun(); // 創(chuàng)建棧幀
}

常量區(qū)

c++ 中，一個(gè) const 不是必需創(chuàng)建內(nèi)存空間，而在 c 中，一個(gè) const 總是需要一塊內(nèi)存空間。

常量分為全局常量和局部常量：

全局常量

是否要為 const全局變量分配內(nèi)存空間，取決于這個(gè)全局常量的用途，如果是充當(dāng)著一個(gè)值替換（將一個(gè)變量名替換為一個(gè)值），那么就不分配內(nèi)存空間，不過(guò)當(dāng)對(duì)這個(gè)全局常量取地址或者使用 extern 時(shí)，會(huì)分配內(nèi)存，存儲(chǔ)在只讀數(shù)據(jù)段，是不能修改的。

因?yàn)槿肿兞吭趦?nèi)存中的位置與全局常量一樣，只不過(guò)沒(méi)有 read only 屬性，因此在這里也就一并提了，全局常量同樣被分配到數(shù)據(jù)段上，但是可以修改。

PS：未初始化 或 初始化為0 的全局變量（包括全局常量）被分配在 .bss 段上，已初始化 的被分配在 數(shù)據(jù)段 上。

局部常量

1.對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型，也就是 const int a = 10 這種，編譯器會(huì)把它放到符號(hào)表中，不分配內(nèi)存，當(dāng)對(duì)其取地址時(shí)，會(huì)在棧段分配內(nèi)存。

2.對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型，如果用一個(gè)變量初始化局部常量，如果 const int a = b，那么也是會(huì)給 a 在棧段分配內(nèi)存。

3.對(duì)于自定數(shù)據(jù)類(lèi)型，比如類(lèi)對(duì)象，那么也會(huì)在棧段分配內(nèi)存。

題外話(huà)

1.c 中 const 默認(rèn)為外部連接，c++ 中 const 默認(rèn)為內(nèi)部連接。

2.當(dāng) c 語(yǔ)言?xún)蓚€(gè)文件中都有 const int a 的時(shí)候，編譯器會(huì)報(bào)重定義的錯(cuò)誤。

3.而在 c++ 中則不會(huì)，因?yàn)?c++ 中的 const 默認(rèn)是內(nèi)部連接的。如果想讓 c++ 中的 const 具有外部連接，必須顯式聲明為 extern const int a = 10 。

示例

const int lx = 5;
// 沒(méi)有使用的時(shí)候僅保存在符號(hào)表
// 使用extern或取地址的時(shí)候?yàn)槠湓跀?shù)據(jù)段的只讀部分分配內(nèi)存
// 個(gè)人猜測(cè)也有可能在代碼段的.rodata。
int o = 6;
class A
{
    const int lz = 1; // 在棧段分配內(nèi)存
public:
    void put() {
        cout << &lz << endl;
    }
};
int main() {
    A a;
    int x = 2; 
    // 對(duì)照main中的變量來(lái)確定其他常量的位置
    // 因?yàn)槲覀兇_定 x 在棧段上
    // 因此如果其他常量的地址與 x 的地址類(lèi)似
    // 則說(shuō)明其他常量也在棧段上
    const int z = 1; // 取地址時(shí)，會(huì)在棧段分配內(nèi)存
    const int y = x; // 取地址時(shí)，會(huì)在棧段分配內(nèi)存
}

在這里插入圖片描述

靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)

靜態(tài)變量分為：全局靜態(tài)變量、局部靜態(tài)變量。

而關(guān)于它們的存儲(chǔ)位置，我在 Linux內(nèi)存管理一文中已經(jīng)說(shuō)的很詳細(xì)了，下面的靜態(tài)變量包括全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量：

在這里插入圖片描述

靜態(tài)局部變量

猜測(cè)下面代碼的輸出結(jié)果：

void f(int) {
    static int i = 0;
    cout << &i << " " << ++i << endl;
}
void f(double) {
    static int i = 0;
    cout << &i << " " << ++i << endl;
}
int main() {
    f(1);
    f(1.0);
    f(1);
    f(1.0);
    f(1);
}

答案：

在這里插入圖片描述