你真的了解静态变量、常量的存储位置吗？

文章目录

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
macOS系统的测试结果
- 总结

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

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。
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。
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

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

这里证明了静态局部变量的特性：只初始化一次，并且只对定义自己的函数可见。 因此在上面的调用中，并不会出现因为两个静态局部变量名字相同而赋值出错的情况。

静态局部变量、静态全局变量、全局变量的异同

全局变量在整个工程文件内都有效，静态全局变量只在定义它的文件内有效；
静态局部变量只在定义它的函数内有效，且程序仅分配一次内存（只初始化一次），函数返回后，该变量不会消失；
全局变量和静态变量如果没有手工初始化，则由编译器初始化为 0 。
静态局部变量 与 静态全局变量 共享 数据段（或.BSS段）。

macOS系统的测试结果

macOS系统下，测试结果如下：

#include <string>
#include <iostream>using namespace std;const int a = 0;int a1;int a2 = 1;static const int a3 = 2;static int a4 = 2;class A{
public:int b;const int b1 = 1;static const int b2 = 2;static int b3;void put(){cout << "类内变量：" << &b << endl;cout << "类内常量：" << &b1 << endl;}
};const int A::b2;
int A::b3;int main(){int c;const int c1 = 1;static int c2;static const int c3 = 5;cout << "全局常量：" << &a << endl;cout << "全局静态常量：" << &a3 << endl;cout << "类内静态常量：" << &A::b2 << endl;cout << "局部静态常量：" << &c3 << endl;cout << "类内静态变量：" << &A::b3 << endl;cout << "局部静态变量：" << &c2 << endl;cout << "全局变量，未初始化：" << &a1 << endl;cout << "全局变量，已初始化：" << &a2 << endl;cout << "全局静态变量：" << &a4 << endl;cout << "局部变量：" << &c << endl;cout << "局部常量：" << &c1 << endl;A a;a.put();return 0;
}