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全局變量與局部變量在內(nèi)存中的區(qū)別詳細(xì)解析

2020-01-26 15:45:28
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供稿:網(wǎng)友

一、預(yù)備知識―程序的內(nèi)存分配

一個(gè)由c/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個(gè)部分

1、棧區(qū)(stack)― 由編譯器自動(dòng)分配釋放,存放函數(shù)的參數(shù)值,局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。

2、堆區(qū)(heap) ― 一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收 。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事,分配方式倒是類似于鏈表。

3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static)―,全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域(.data),未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域(.bss)。 - 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

4、文字常量區(qū) ―常量字符串就是放在這里的(.rodata)。 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

5、程序代碼區(qū)―存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼(.text)。

二、例子程序
這是一個(gè)前輩寫的,非常詳細(xì)

復(fù)制代碼 代碼如下:

//main.cpp
int a = 0;          // 全局初始化區(qū)
char *p1;           // 全局未初始化區(qū)
main()
{
  int b;            // 棧區(qū)
  char s[] = "abc"; // 棧區(qū)
  char *p2;         // 棧區(qū)
  char *p3 = "123456";     // "123456/0" 在常量區(qū),p3在棧區(qū)
  static int c =0;         // 全局(靜態(tài))初始化區(qū)

  p1 = (char *)malloc(10);
  p2 = (char *)malloc(20); // 分配得來的10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)

  strcpy(p1, "123456");    // "123456/0" 放在常量區(qū),編譯器可能會(huì)將它
                              // 與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方。
}

static全局變量與普通的全局變量有什么區(qū)別?static局部變量和普通局部變量有什么區(qū)別?static函數(shù)與普通函數(shù)有什么區(qū)別?

答:
1)
全局變量(外部變量)的說明之前再冠以static 就構(gòu)成了靜態(tài)的全局變量。全局變量本身就是靜態(tài)存儲方式, 靜態(tài)全局變量當(dāng)然也是靜態(tài)存儲方式。 這兩者在存儲方式上并無不同。這兩者的區(qū)別在于非靜態(tài)全局變量的作用域是整個(gè)源程序, 當(dāng)一個(gè)源程序由多個(gè)源文件組成時(shí),非靜態(tài)的全局變量在各個(gè)源文件中都是有效的。 而靜態(tài)全局變量則限制了其作用域, 即只在定義該變量的源文件內(nèi)有效, 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由于靜態(tài)全局變量的作用域局限于一個(gè)源文件內(nèi),只能為該源文件內(nèi)的函數(shù)公用,因此可以避免在其它源文件中引起錯(cuò)誤。

2) 從以上分析可以看出, 把局部變量改變?yōu)殪o態(tài)變量后是改變了它的存儲方式即改變了它的生存期。把全局變量改變?yōu)殪o態(tài)變量后是改變了它的作用域,限制了它的使用范圍。                  

3) static函數(shù)與普通函數(shù)作用域不同,僅在本文件。只在當(dāng)前源文件中使用的函數(shù)應(yīng)該說明為內(nèi)部函數(shù)(static),內(nèi)部函數(shù)應(yīng)該在當(dāng)前源文件中說明和定義。對于可在當(dāng)前源文件以外使用的函數(shù),應(yīng)該在一個(gè)頭文件中說明,要使用這些函數(shù)的源文件要包含這個(gè)頭文件   

綜上所述:

static全局變量與普通的全局變量有什么區(qū)別:

static全局變量只初使化一次,防止在其他文件單元中被引用;   

static局部變量和普通局部變量有什么區(qū)別:

static局部變量只被初始化一次,下一次依據(jù)上一次結(jié)果值;   

static函數(shù)與普通函數(shù)有什么區(qū)別:

static函數(shù)在內(nèi)存中只有一份,普通函數(shù)在每個(gè)被調(diào)用中維持一份拷貝

 ==============================================================
一個(gè)C語言變量分配的實(shí)際例子:
 
我們來看看在可執(zhí)行文件中,變量們會(huì)被分配在哪些區(qū)里.這里以可執(zhí)行文件為例子,可執(zhí)行文件有固定的內(nèi)存加載地址,符號(函數(shù)/變量的名字)將來在內(nèi)存里的地址連接器是可以提前確定的。

源程序編譯連接的結(jié)果是形成1堆匯編指令代碼,大致分為.text .data .bss等幾個(gè)節(jié)區(qū)(section)。對于.exe文件和.so文件,全局和靜態(tài)變量都放在.data 或.bss段(gas把源文件從頭到尾掃描1遍,才知道一個(gè)變量的全部情況:是否定義;類型;是否初始化。然后把初始化的變量在.data段里分配位置和 空間,把沒初始化的變量在.bss段里分配位置和空間,沒定義的變量分配在.undef段)。匯編指令代碼里全局變量表現(xiàn)為一個(gè)內(nèi)存地址(全局變量在目標(biāo) 文件里是一個(gè)偏移值,加載進(jìn)內(nèi)存里是一個(gè)內(nèi)存地址)。臨時(shí)變量在匯編代碼里變成ebp/esp+n,表現(xiàn)為一個(gè)堆棧地址,化為程序正文(.text)的一 部分。有些變量的最終內(nèi)存地址在加載進(jìn)內(nèi)存之前還不能確定,需要加載進(jìn)內(nèi)存才可以計(jì)算出來.

全局變量 作用域是跨越多個(gè)源程序的。因此全局變量不能重名。靜態(tài)變量作用域是位于單個(gè)源程序內(nèi)。多個(gè)源程序可以有同名的全局靜態(tài)變量。本例中,為了區(qū)分多個(gè)同名的靜態(tài)變量,gcc 用 c444和c444.0 來加以區(qū)別。

復(fù)制代碼 代碼如下:

[test@redhat]// more aaa.c
# include <stdio.h>
int a111 = 0;              // 全局變量 已初始化
char *p111 = "654321";     // 全局指針變量 已經(jīng)初始化
static int c444 = 9;       // 靜態(tài)全局變量 已經(jīng)初始化
static int c555;           // 靜態(tài)全局變量 未初始化
main()
{
    int b222;              // 局部變量
    char s333[] = "abc";   // 局部變量
    char *p222;            // 局部變量
    char *p333 = "123456";    // 局部變量
    static int c444 =0;       // 已初始化靜態(tài)局部變量,與前面靜態(tài)全局變量重名
    p111 = (char *)malloc(10);
    p222 = (char *)malloc(20);
    strcpy(p111, "123456");
}

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