C/C++中关于变量的存储位置以及static的用法

内存分配区域

32位操作系统下为：1G内核态，3G用户态

BSS段：通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量、静态变量（全局变量未初始化时默认为0）的一块内存区域

数据段：通常是指用来存放程序中初始化后的全局变量和静态变量

代码段：通常是指用来存放程序中代码和常量

堆：通常是指用来存放程序中进程运行时被动态分配的内存段 ( 动态分配：malloc / new，者动态释放：free / delete)

栈：通常是指用来存放程序中用户临时创建的局部变量、函数形参、数组（局部变量未初始化则默认为垃圾值）也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（但不包括static声明的变量，static意味着在数据段中存放变量）。除以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进后出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲，我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。它是由操作系统分配的，内存的申请与回收都由OS管理。

堆（heap）和栈（stack）的区别

1、申请方式

栈: 由系统自动分配。例如，声明在函数中一个局部变量int b;系统自动在栈中为b开辟空间

堆: 需要程序员自己申请，并指明大小( 动态分配：malloc / new，者动态释放：free / delete)

2、申请后系统的响应

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

3、申请大小的限制

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。

堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连

续的，

而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

（4）申请效率的比较：

栈:由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

堆:是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用Virtual Alloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈,而是直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

（5）堆和栈中的存储内容

栈：在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

（6）存取效率的比较

BSS段的大小记录在哪里？

转载：http://blog.csdn.net/Virtual_Func/article/details/48529249

bss段的大小,记录在段表里,记录的是所有未初始化变量总共的大小,bss段只在段表里有个记录,但实际并不存在这个段.

每个未初始化的变量的大小放在了符号表里

File Name: 2.cpp

Author: 浮生流年

Function List: main() 主函数

Created Time: 2018年01月18日星期四 15时14分25秒

**************************************************************/

#include <iostream>using namespace std;

int a = 0;//初始化的全局变量:保存在数据段char *p1;//未初始化的全局变量:保存在BSS段

int main()

{

int b;//未初始化的局部变量:保存在栈上

char s[] = "abc";//"abc"为字符串常量保存在常量区；数组保存在栈上，

并将常量区的"abc\0"复制到该数组中。这个数组可以随意修改而不会有任何隐患，

而"123"这个字符串依然会保留在静态区中。

char *p2;//p2保存在栈上

char *p3 = "123456";//p3保存在栈上，"123456\0"保存在data区的read-only部分

//注意：如果令p3[1] = 9; 则程序崩溃，指针可以访问但不允许改变常量区的内容

//声明了一个指针p3并指向"123456\0"在静态区中的地址，事实上，p3应该声明为

char const *，以免可以通过p3[i]='\n'这一类的语法去修改这个字符串的内容。如果这样

做了，在支持“常量区”的系统中可能会导致异常，在“合并相同字符串”的编译方法下会导致其它

地方的字符串常量古怪地发生变化。

static int c = 0;//初始化的静态局部变量:保存在数据区（数据段）

p1 = (char *)malloc(sizeof(char) * 10);//分配的10字节区域保存在堆上

p2 = (char *)malloc(sizeof(char) * 20);//分配的20字节区域保存在堆上

strcpy(p1, "123456");

//"123456\0"放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向"123456"优化成一个地方

return 0;

}

C++的static有两种用法：面向过程程序设计中的static和面向对象程序设计中的static。前者应用于普通变量和函数，不涉及类；后者主要说明static在类中的作用。

一、面向过程设计中的static

1、静态全局变量

在全局变量前，加上关键字static，该变量就被定义成为一个静态全局变量。我们先举一个静态全局变量的例子，如下：

/Example 1

#include <iostream.h>

void fn();

static int n; //定义静态全局变量

void main()

{

n = 20;

cout<< n <<endl;

fn();

}

void fn()

{

n++;

cout<< n <<endl;

}

静态全局变量有以下特点：

该变量在全局数据区分配内存；
未经初始化的静态全局变量会被程序自动初始化为0（自动变量的值是随机的，除非它被显式初始化）；
静态全局变量在声明它的整个文件都是可见的，而在文件之外是不可见的；

静态变量都在全局数据区分配内存，包括后面将要提到的静态局部变量。对于一个完整的程序，在内存中的分布情况如下图：

代码区，全局数据区，堆区，栈区

一般程序的由new产生的动态数据存放在堆区，函数内部的自动变量存放在栈区。自动变量一般会随着函数的退出而释放空间，静态数据（即使是函数内部的静态局部变量）也存放在全局数据区。全局数据区的数据并不会因为函数的退出而释放空间。细心的读者可能会发现，Example 1中的代码中将

static int n; //定义静态全局变量

改为

int n; //定义全局变量

程序照样正常运行。

的确，定义全局变量就可以实现变量在文件中的共享，但定义静态全局变量还有以下好处：

静态全局变量不能被其它文件所用；
其它文件中可以定义相同名字的变量，不会发生冲突；

您可以将上述示例代码改为如下：

//Example 2

//File1

#include <iostream.h>

void fn();

static int n; //定义静态全局变量

void main()

{

n=20;

cout<<n<<endl;

fn();

}

//File2

#include <iostream.h>

extern int n;

void fn()

{

n++;

cout<<n<<endl;

}

编译并运行Example 2，您就会发现上述代码可以分别通过编译，但运行时出现错误。试着将

static int n; //定义静态全局变量

改为

int n; //定义全局变量

再次编译运行程序，细心体会全局变量和静态全局变量的区别(验证共享和保护关系)。

2、静态局部变量

在局部变量前，加上关键字static，该变量就被定义成为一个静态局部变量。

我们先举一个静态局部变量的例子，如下：

//Example 3

#include <iostream.h>

void fn();

void main()

{

fn();

}

void fn()

{

static n=10;

cout<<n<<endl;

n++;

}

通常，在函数体内定义了一个变量，每当程序运行到该语句时都会给该局部变量分配栈内存。但随着程序退出函数体，系统就会收回栈内存，局部变量也相应失效。

但有时候我们需要在两次调用之间对变量的值进行保存。通常的想法是定义一个全局变量来实现。但这样一来，变量已经不再属于函数本身了，不再仅受函数的控制，给程序的维护带来不便。

静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区，而不是保存在栈中，每次的值保持到下一次调用，直到下次赋新值。

静态局部变量有以下特点：

该变量在全局数据区分配内存；
静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化，即以后的函数调用不再进行初始化；
静态局部变量一般在声明处初始化，如果没有显式初始化，会被程序自动初始化为0；
它始终驻留在全局数据区，直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域，当定义它的函数或语句块结束时，其作用域随之结束；

3、静态函数

在函数的返回类型前加上static关键字,函数即被定义为静态函数。静态函数与普通函数不同，它只能在声明它的文件当中可见，不能被其它文件使用。

静态函数的例子：

//Example 4

#include <iostream.h>

static void fn();//声明静态函数

void main()

{

fn();

}

void fn()//定义静态函数

{

int n=10;

cout<<n<<endl;

}

定义静态函数的好处：

静态函数不能被其它文件所用；
其它文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突；

posted on 2022-03-08 20:03 学群阅读(541) 评论(0) 收藏举报