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C++静态变量,常量的存储位置你真的了解吗

2024-04-02 19:04:59 774人浏览独家记忆

摘要

目录引言c++对内存的划分如何落实在linux上自由存储区和堆之间的问题栈常量区静态存储区静态局部变量静态局部变量、静态全局变量、全局变量的异同总结引言在动态内存的博客中，我提到：

引言

在动态内存的博客中，我提到：

在这里插入图片描述

在Linux 内存管理的博客中，我提到：

在这里插入图片描述

尽管都有尽可能完全的描述，并且两者大致意思没有冲突。而之所以令我一直感到略有不同，越看越迷糊的原因是：第一张图讲的其实是C++在概念上对内存的划分，第二张图讲的是Linux对虚拟内存进行的划分。前者是概念上的，也是C++程序在运行时会切实执行的，而后者就是在Linux系统上对前者概念的具象化！下面进行进一步分析。

C++对内存的划分如何落实在Linux上

C++其实将内存划分为两种：动态存储区、静态存储区。

第一张图对动态存储区进行了进一步划分——堆、栈。

而网上其他博客可能还会对动态存储区进行进一步划分——堆、栈、自由存储区。并对静态存储区进行进一步划分——常量存储区、全局/静态存储区。

可谓是五花八门，我们不妨先做个归拢：

自由存储区和堆之间的问题

这篇博客分析地很详细C++ 自由存储区是否等价于堆？，我引用其中一些内容进行分析：

在概念上我们是这样区分两者的：

malloc 在堆上分配的内存块，使用 free 释放内存。
new 所申请的内存则是在自由存储区上，使用 delete 来释放。

那么物理上，自由存储区与堆是两块不同的内存区域吗？它们有可能相同吗？

基本上，所有的 C++编译器默认使用堆来实现自由存储，也即是缺省的全局运算符 new 和 delete 也许会按照 malloc 和 free 的方式来被实现，这时藉由 new 运算符分配的对象，说它在堆上也对，说它在自由存储区上也正确。但程序员也可以通过重载操作符，改用其他内存来实现自由存储，例如全局变量做的对象池，这时自由存储区就区别于堆了。

总结：

自由存储是 C++ 中通过 new 与 delete 动态分配和释放对象的抽象概念，而堆（heap）是 C语言 和 操作系统 的术语，是操作系统维护的一块动态分配内存。
new 所申请的内存区域在 C++ 中称为自由存储区。藉由堆实现的自由存储，可以说 new 所申请的内存区域在堆上。
堆与自由存储区的运作方式不同、访问方式不同，所以应该被当成不一样的东西来使用。

如何落实在Linux上？

C++中的堆自然也就对应Linux中的堆段，而C++中的自由存储区，如果不主动改用其他内存来实现自由存储，那么理应也在堆段上。

而正如上面所言，堆段由程序员进行申请和释放：


int main(){
	int *pi = new int; 
	// pi指向一个动态分配的、未初始化的无名对象,该对象的地址位于堆上
	// 而pi的地址位于main函数的栈上
}

栈

C++中的栈自然对应Linux中的栈段，栈段是进程运行之初（从main函数开始）创建的，进程运行时（main函数中）每调用一个函数就会在栈段上申请一段空间作为栈帧，来管理调用函数的相关信息。


void fun(){
	int j = 2; // 调用fun时，j存在于fun的栈帧上
	cout << "hello" << endl;
}
int main(){ // 创建栈段
	int i = 1; // 存在于栈段上
	fun(); // 创建栈帧
}

常量区

c++ 中，一个 const 不是必需创建内存空间，而在 c 中，一个 const 总是需要一块内存空间。

常量分为全局常量和局部常量：

全局常量

是否要为 const全局变量分配内存空间，取决于这个全局常量的用途，如果是充当着一个值替换（将一个变量名替换为一个值），那么就不分配内存空间，不过当对这个全局常量取地址或者使用 extern 时，会分配内存，存储在只读数据段，是不能修改的。

因为全局变量在内存中的位置与全局常量一样，只不过没有 read only 属性，因此在这里也就一并提了，全局常量同样被分配到数据段上，但是可以修改。

PS：未初始化 或 初始化为0 的全局变量（包括全局常量）被分配在 .bss 段上，已初始化 的被分配在 数据段 上。

局部常量

1.对于基础数据类型，也就是 const int a = 10 这种，编译器会把它放到符号表中，不分配内存，当对其取地址时，会在栈段分配内存。

2.对于基础数据类型，如果用一个变量初始化局部常量，如果 const int a = b，那么也是会给 a 在栈段分配内存。

3.对于自定数据类型，比如类对象，那么也会在栈段分配内存。

题外话

1.c 中 const 默认为外部连接，c++ 中 const 默认为内部连接。

2.当 c 语言两个文件中都有 const int a 的时候，编译器会报重定义的错误。

3.而在 c++ 中则不会，因为 c++ 中的 const 默认是内部连接的。如果想让 c++ 中的 const 具有外部连接，必须显式声明为 extern const int a = 10 。

示例


const int lx = 5;
// 没有使用的时候仅保存在符号表
// 使用extern或取地址的时候为其在数据段的只读部分分配内存
// 个人猜测也有可能在代码段的.rodata。
int o = 6;
class A
{
    const int lz = 1; // 在栈段分配内存
public:
    void put() {
        cout << &lz << endl;
    }
};
int main() {
    A a;
    int x = 2; 
    // 对照main中的变量来确定其他常量的位置
    // 因为我们确定 x 在栈段上
    // 因此如果其他常量的地址与 x 的地址类似
    // 则说明其他常量也在栈段上
    const int z = 1; // 取地址时，会在栈段分配内存
    const int y = x; // 取地址时，会在栈段分配内存
}

在这里插入图片描述

静态存储区

静态变量分为：全局静态变量、局部静态变量。

而关于它们的存储位置，我在 Linux内存管理一文中已经说的很详细了，下面的静态变量包括全局静态变量和局部静态变量：

在这里插入图片描述

静态局部变量

猜测下面代码的输出结果：


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：

在这里插入图片描述