C++中的全局变量 局部变量 常量 静态变量的在内存中的分配

在看书时发现了这几个概念有些混乱，和同学们讨论也觉得这个地方没搞懂，包括网上的一些对于这方面的介绍，让自己更糊涂了。花了几天时间，稍微弄懂了些。

之所以有些混乱，我觉得是基本概念没有搞清楚，我查阅了英文版的C++primer，首先把一些定义搞清楚，所以这件事情告诉我们还是外文原版的书靠谱啊！！

下面截一些c++primer的原文，再加上自己的理解。

C++ has three ways of managing memory for data, depending on the method used to allocate memory: automatic storage, static storage, and dynamic storage, sometimes called
the free store or heap.

C++有三种方法去管理数据在内存中的分配：automatic storage， static storage， 和dynamic storage（有时候被叫做free store或者堆）

第一种automatic storage：通常一个变量定义在一个函数中，用auto修饰符修饰的变量，就在这个存储区中。我们知道一般auto修饰符是可以省略的，也就是说在函数中定义的没有static修饰的就在这个存储区内。而automatic storage通常用一个栈结构来维护。也就是说函数中大多数的变量都维护在这个内存区，也就是我们通常所说的栈中。

第二种叫做static storage：这个存储区在整个程序运行的过程中都存在，有两种方式来声明一个在该存储区的变量，一种是在声明变量前加static，第二种是将变量声明在函数之外，也就是我们常说的全局变量。也就是说，在函数之外声明的变量和函数内用static修饰都属于这个区域。这个部分的数据就是在编译之后生成的.bss段和.data以及.text段，在程序运行时，加载到内存的低地址上。(这里需要说明的时,函数内使用static修饰的变量,虽然在内存的地址,但是是在第一次执行到这部分的代码时才会在低地址创建该变量.)

第三种就是我们常说的堆，这里就不详细说明了。

介绍了这三种存储区域，那我们的常量是属于哪里呢？在c++primer中，关于常量并没有对应直接的存储位置，只是说常量，使用const修饰的，叫做常量，一旦声明我们就不能去修改他了。如果没有特殊说明，那么跟变量的内存对应就是一致的，也就是说，如果该常量定义在函数内，那么在运行过程中，就分配在第一种 automatic storage上，也就是我们常说的栈上，而如果const修饰的声明在函数以外，那么就属于static storage的存储范围了。后面我们会看到，这部分对应在.text段中。

总结一下：我们平时说的全局变量，局部变量，常量，静态变量等只是我们的一种称呼，但是不能从这些称呼上对这些变量和常量进行内存分配上的归类。下面把通常的称谓和实际上的内存对应进行一下对应。

先说明一些称谓的定义：

全局变量：在函数之外声明的，没有static const修饰的

局部变量：在函数内声明的， 没有static const修饰的

常量：使用const修饰的

静态变量：使用static修饰的

从上面的介绍，我们可以知道，全局变量和静态变量都是属于static storage区域，在执行中在数据在全局区域属于.data  .text  .bss段，映射到内存低地址

    局部变量维护在通常所说的栈上

    常量没有专门的存储区域，如果该常量在全局声明，那么存储在.text 区；如果该常量生命在函数内，那么就维护在栈上，如果该函数执行结束，    该常量也会被销毁，只是不能修改

以上就对常量，全局数据  局部数据在内存分配上有了大概的了解了。

下面说一下编译出来的二进制文件的几个段

一个二进制文件，使用size命令会看到.text .data .bss三个段的信息

其中，text是指已编译程序的机器代码，可以理解为代码段。

  data是指已初始化的全局变量

  bss是指未初始化的全局变量

这里的全局变量指的就是上面所提到的static storage区域，也就是说在全局中声明的变量和在函数内使用static声明的区域都在这三个段中。

已初始化和未初始化的内容很好区别，

例如，如果在全局声明一个int a或者在函数中声明一个static int a，就会在未初始化段bss中增加一个4字节的大小

同理，如果在全局声明一个int a=1，或者在函数中声明一个static int a=1，就会在初始化段data中增加一个4字节的大小

（经笔者测试，可能因为对齐的方式，data段每次增长8个字节，bss段每次增长16个字节。也就是说如果在初始化data段声明一个int型，data段可能增加8个字节，或者不会增加。如果增加了8个字节，那么在声明一个int型，data段就不会增加了，就会使用另外4个字节。如果第一次声明int没有增加，在声明一个int，就会增加8个字节。bss段同理，是以16个字节为单位）

在测试过程中，笔者发现一个问题，如果在全局声明一个常量，这个常量是在text段中，而不在另外两个段中。这就解释清楚了，笔者和小伙伴在看其他博客中遇到的一个问题：

#include
using namespace std;
const int a = 11; 
int main()
{
    const int b =22;
    int *ptr;
    ptr = (int*) &b; 
    *ptr = 21; 
}

利用类型强转，骗过编译器b是一个常量，这样执行，是可以通过编译，并且正常执行的，并且修改了b对应内存中的值

#include
using namespace std;
const int a = 11; 
int main()
{
    const int b =22;
    int *ptr;
    ptr = (int*) &a; 
    *ptr = 21; 
}

而这段代码，可以编译通过，但是在执行中报段错误，segement fault错误，原因就在于全局的地址是在text段中，这个段是只读的，所以访问这个区域就会有段错误发生

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使用size命令可以看到可执行文件中每个段分配的数据的大小

Text：表示代码段，也有一些常量在其中（.rodata也在这个部分）

Data：初始化的全局变量保存在这个部分

Bss：未初始化的全局变量保存在这个部分，这部分没有进行初始化，所以不需要分配真正的空间，只需要保存这个变量的符号，当执行时候将其初始化为0

 

	全局初始化的变量	全局未初始化的变量	局部初始化	局部未初始化
Static	.data	.bss	.data	.bss
Const	.rodata	编译错误必须初始化	.text	编译错误必须初始化
无修饰	.data	.bss