C++靜態變量,常量的存儲位置你真的瞭解嗎
引言
在動態內存的博客中，我提到：
在Linux 內存管理的博客中，我提到：
盡管都有盡可能完全的描述，並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：第一張圖講的其實是C++在概念上對內存的劃分，第二張圖講的是Linux對虛擬內存進行的劃分。 前者是概念上的，也是C++程序在運行時會切實執行的，而後者就是在Linux系統上對前者概念的具象化！下面進行進一步分析。
C++對內存的劃分如何落實在Linux上
C++其實將內存劃分為兩種：動態存儲區、靜態存儲區。
第一張圖對動態存儲區進行瞭進一步劃分——堆、棧。
而網上其他博客可能還會對動態存儲區進行進一步劃分——堆、棧、自由存儲區。並對靜態存儲區進行進一步劃分——常量存儲區、全局/靜態存儲區。
可謂是五花八門，我們不妨先做個歸攏：
自由存儲區和堆之間的問題
這篇博客分析地很詳細C++ 自由存儲區是否等價於堆？，我引用其中一些內容進行分析：
在概念上我們是這樣區分兩者的：
- malloc 在堆上分配的內存塊，使用 free 釋放內存。
- new 所申請的內存則是在自由存儲區上，使用 delete 來釋放。
那麼物理上，自由存儲區與堆是兩塊不同的內存區域嗎？它們有可能相同嗎？
基本上，所有的 C++編譯器 默認使用堆來實現自由存儲，也即是缺省的全局運算符 new 和 delete 也許會按照 malloc 和 free 的方式來被實現，這時藉由 new 運算符 分配的對象，說它在堆上也對，說它在自由存儲區上也正確。 但程序員也可以通過重載操作符，改用其他內存來實現自由存儲，例如全局變量做的對象池，這時自由存儲區就區別於堆瞭。
總結：
- 自由存儲 是 C++ 中通過 new 與 delete 動態分配和釋放對象的抽象概念，而 堆（heap）是 C語言 和 操作系統 的術語，是操作系統維護的一塊動態分配內存。
- new 所申請的內存區域在 C++ 中稱為自由存儲區。藉由堆實現的自由存儲，可以說 new 所申請的內存區域在堆上。
- 堆與自由存儲區的運作方式不同、訪問方式不同，所以應該被當成不一樣的東西來使用。
如何落實在Linux上？
C++中的堆自然也就對應Linux中的堆段，而C++中的自由存儲區，如果不主動改用其他內存來實現自由存儲，那麼理應也在堆段上。
而正如上面所言，堆段由程序員進行申請和釋放：
int main(){
int *pi = new int;
// pi指向一個動態分配的、未初始化的無名對象,該對象的地址位於堆上
// 而pi的地址位於main函數的棧上
}
棧
C++中的棧自然對應Linux中的棧段，棧段是進程運行之初（從main函數開始）創建的，進程運行時（main函數中）每調用一個函數就會在棧段上申請一段空間作為棧幀，來管理調用函數的相關信息。
void fun(){
int j = 2; // 調用fun時，j存在於fun的棧幀上
cout << "hello" << endl;
}
int main(){ // 創建棧段
int i = 1; // 存在於棧段上
fun(); // 創建棧幀
}
常量區
c++ 中，一個 const 不是必需創建內存空間，而在 c 中，一個 const 總是需要一塊內存空間。
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 分配內存空間，取決於這個全局常量的用途，如果是充當著一個值替換（將一個變量名替換為一個值），那麼就不分配內存空間，不過當對這個全局常量取地址或者使用 extern 時，會分配內存，存儲在隻讀數據段，是不能修改的。
因為全局變量在內存中的位置與全局常量一樣，隻不過沒有 read only 屬性，因此在這裡也就一並提瞭，全局常量同樣被分配到數據段上，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 數據段 上。
局部常量
1.對於基礎數據類型，也就是 const int a = 10 這種，編譯器會把它放到符號表中，不分配內存，當對其取地址時，會在棧段分配內存。
2.對於基礎數據類型，如果用一個變量初始化 局部常量，如果 const int a = b，那麼也是會給 a 在棧段分配內存。
3.對於自定數據類型，比如類對象，那麼也會在棧段分配內存。
題外話
1.c 中 const 默認為外部連接，c++ 中 const 默認為內部連接。
2.當 c 語言兩個文件中都有 const int a 的時候，編譯器會報重定義的錯誤。
3.而在 c++ 中則不會，因為 c++ 中的 const 默認是內部連接的。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;
// 沒有使用的時候僅保存在符號表
// 使用extern或取地址的時候為其在數據段的隻讀部分分配內存
// 個人猜測也有可能在代碼段的.rodata。
int o = 6;
class A
{
const int lz = 1; // 在棧段分配內存
public:
void put() {
cout << &lz << endl;
}
};
int main() {
A a;
int x = 2;
// 對照main中的變量來確定其他常量的位置
// 因為我們確定 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，會在棧段分配內存
const int y = x; // 取地址時，會在棧段分配內存
}
靜態存儲區
靜態變量分為：全局靜態變量、局部靜態變量。
而關於它們的存儲位置，我在 Linux內存管理 一文中已經說的很詳細瞭，下面的靜態變量包括全局靜態變量和局部靜態變量：
靜態局部變量
猜測下面代碼的輸出結果：
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：
這裡證明瞭靜態局部變量的特性：隻初始化一次，並且隻對定義自己的函數可見。 因此在上面的調用中，並不會出現因為兩個靜態局部變量名字相同而賦值出錯的情況。
靜態局部變量、靜態全局變量、全局變量的異同
全局變量在整個工程文件內都有效，靜態全局變量隻在定義它的文件內有效；
靜態局部變量隻在定義它的函數內有效，且程序僅分配一次內存（之初始化一次），函數返回後，該變量不會消失；
全局變量和靜態變量如果沒有手工初始化，則由編譯器初始化為 0 。
靜態局部變量 與 靜態全局變量 共享 數據段（或.BSS段）
總結
本片文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容！