C++靜態(tài)變量,常量的存儲(chǔ)位置你真的了解嗎
引言
在動(dòng)態(tài)內(nèi)存的博客中,我提到:

在Linux 內(nèi)存管理的博客中,我提到:


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(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,我們不妨先做個(gè)歸攏:
自由存儲(chǔ)區(qū)和堆之間的問題
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 的方式來被實(shí)現(xiàn),這時(shí)藉由 new 運(yùn)算符 分配的對(duì)象,說它在堆上也對(duì),說它在自由存儲(chǔ)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(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 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語言 和 操作系統(tǒng) 的術(shù)語,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++ 中稱為自由存儲(chǔ)區(qū)。藉由堆實(shí)現(xiàn)的自由存儲(chǔ),可以說 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、訪問方式不同,所以應(yīng)該被當(dāng)成不一樣的東西來使用。
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(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型,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)類型,比如類對(duì)象,那么也會(huì)在棧段分配內(nèi)存。
題外話
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 語言兩個(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 的地址類似
// 則說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
}

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:

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:

這里證明了靜態(tài)局部變量的特性:只初始化一次,并且只對(duì)定義自己的函數(shù)可見。 因此在上面的調(diào)用中,并不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)閮蓚€(gè)靜態(tài)局部變量名字相同而賦值出錯(cuò)的情況。
靜態(tài)局部變量、靜態(tài)全局變量、全局變量的異同
全局變量在整個(gè)工程文件內(nèi)都有效,靜態(tài)全局變量只在定義它的文件內(nèi)有效;
靜態(tài)局部變量只在定義它的函數(shù)內(nèi)有效,且程序僅分配一次內(nèi)存(之初始化一次),函數(shù)返回后,該變量不會(huì)消失;
全局變量和靜態(tài)變量如果沒有手工初始化,則由編譯器初始化為 0 。
靜態(tài)局部變量 與 靜態(tài)全局變量 共享 數(shù)據(jù)段(或.BSS段)
總結(jié)
本篇文章就到這里了,希望能夠給你帶來幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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