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C++靜態(tài)變量,常量的存儲位置你真的了解嗎

更新時間：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,希望能夠給你帶來幫助

引言

在動態(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：第一張圖講的其實是C++在概念上對內(nèi)存的劃分，第二張圖講的是Linux對虛擬內(nèi)存進行的劃分。前者是概念上的，也是C++程序在運行時會切實執(zhí)行的，而后者就是在Linux系統(tǒng)上對前者概念的具象化！下面進行進一步分析。

C++對內(nèi)存的劃分如何落實在Linux上

C++其實將內(nèi)存劃分為兩種：動態(tài)存儲區(qū)、靜態(tài)存儲區(qū)。

第一張圖對動態(tài)存儲區(qū)進行了進一步劃分——堆、棧。

而網(wǎng)上其他博客可能還會對動態(tài)存儲區(qū)進行進一步劃分——堆、棧、自由存儲區(qū)。并對靜態(tài)存儲區(qū)進行進一步劃分——常量存儲區(qū)、全局/靜態(tài)存儲區(qū)。

可謂是五花八門，我們不妨先做個歸攏：

自由存儲區(qū)和堆之間的問題

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

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 所申請的內(nèi)存則是在自由存儲區(qū)上，使用 delete 來釋放。

那么物理上，自由存儲區(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++編譯器默認使用堆來實現(xiàn)自由存儲，也即是缺省的全局運算符 new 和 delete 也許會按照 malloc 和 free 的方式來被實現(xiàn)，這時藉由 new 運算符分配的對象，說它在堆上也對，說它在自由存儲區(qū)上也正確。但程序員也可以通過重載操作符，改用其他內(nèi)存來實現(xiàn)自由存儲，例如全局變量做的對象池，這時自由存儲區(qū)就區(qū)別于堆了。

總結(jié)：

自由存儲是 C++ 中通過 new 與 delete 動態(tài)分配和釋放對象的抽象概念，而堆（heap）是 C語言和操作系統(tǒng) 的術(shù)語，是操作系統(tǒng)維護的一塊動態(tài)分配內(nèi)存。
new 所申請的內(nèi)存區(qū)域在 C++ 中稱為自由存儲區(qū)。藉由堆實現(xiàn)的自由存儲，可以說 new 所申請的內(nèi)存區(qū)域在堆上。
堆與自由存儲區(qū)的運作方式不同、訪問方式不同，所以應(yīng)該被當成不一樣的東西來使用。

如何落實在Linux上？

C++中的堆自然也就對應(yīng)Linux中的堆段，而C++中的自由存儲區(qū)，如果不主動改用其他內(nèi)存來實現(xiàn)自由存儲，那么理應(yīng)也在堆段上。

而正如上面所言，堆段由程序員進行申請和釋放：

int main(){
	int *pi = new int; 
	// pi指向一個動態(tài)分配的、未初始化的無名對象,該對象的地址位于堆上
	// 而pi的地址位于main函數(shù)的棧上
}

棧

C++中的棧自然對應(yīng)Linux中的棧段，棧段是進程運行之初（從main函數(shù)開始）創(chuàng)建的，進程運行時（main函數(shù)中）每調(diào)用一個函數(shù)就會在棧段上申請一段空間作為棧幀，來管理調(diào)用函數(shù)的相關(guān)信息。

void fun(){
	int j = 2; // 調(diào)用fun時，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 const 不是必需創(chuàng)建內(nèi)存空間，而在 c 中，一個 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，取決于這個全局常量的用途，如果是充當著一個值替換（將一個變量名替換為一個值），那么就不分配內(nèi)存空間，不過當對這個全局常量取地址或者使用 extern 時，會分配內(nèi)存，存儲在只讀數(shù)據(jù)段，是不能修改的。

因為全局變量在內(nèi)存中的位置與全局常量一樣，只不過沒有 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.對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，也就是 const int a = 10 這種，編譯器會把它放到符號表中，不分配內(nèi)存，當對其取地址時，會在棧段分配內(nèi)存。

2.對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，如果用一個變量初始化局部常量，如果 const int a = b，那么也是會給 a 在棧段分配內(nèi)存。

3.對于自定數(shù)據(jù)類型，比如類對象，那么也會在棧段分配內(nèi)存。

題外話

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

2.當 c 語言兩個文件中都有 const int a 的時候，編譯器會報重定義的錯誤。

3.而在 c++ 中則不會，因為 c++ 中的 const 默認是內(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;
// 沒有使用的時候僅保存在符號表
// 使用extern或取地址的時候為其在數(shù)據(jù)段的只讀部分分配內(nèi)存
// 個人猜測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; 
    // 對照main中的變量來確定其他常量的位置
    // 因為我們確定 x 在棧段上
    // 因此如果其他常量的地址與 x 的地址類似
    // 則說明其他常量也在棧段上
    const int z = 1; // 取地址時，會在棧段分配內(nèi)存
    const int y = x; // 取地址時，會在棧段分配內(nèi)存
}

在這里插入圖片描述

靜態(tài)存儲區(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)于它們的存儲位置，我在 Linux內(nèi)存管理一文中已經(jīng)說的很詳細了，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