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一、預(yù)備知識(shí)—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(chǔ)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) //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。 } |
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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？
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(chǔ)方式， 靜態(tài)全局變量當(dāng)然也是靜態(tài)存儲(chǔ)方式。 這兩者在存儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)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
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一個(gè)C語(yǔ)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(hào)(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(duì)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。
[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");
}
[test@redhat]# gcc -o aaa ./aaa.c
[test@redhat]# readelf -a ./aaa
ELF Header:
Magic: 7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Class: ELF32
Data: 2's complement, little endian
Version: 1 (current)
OS/ABI: UNIX - System V
ABI Version: 0
Type: EXEC (Executable file)
Machine: Intel 80386
Version: 0x1
Entry point address: 0x80482d0
Start of program headers: 52 (bytes into file)
Start of section headers: 2040 (bytes into file)
Flags: 0x0
Size of this header: 52 (bytes)
Size of program headers: 32 (bytes)
Number of program headers: 7
Size of section headers: 40 (bytes)
Number of section headers: 27
Section header string table index: 24
Section Headers: Addr是文件加載進(jìn)內(nèi)存時(shí)，每個(gè)section在內(nèi)存中的虛擬地址
[Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg Lk Inf Al
[ 0] NULL 00000000 000000 000000 00 0 0 0
[ 1] .interp PROGBITS 08048114 000114 000013 00 A 0 0 1
[ 2] .note.ABI-tag NOTE 08048128 000128 000020 00 A 0 0 4
[ 3] .hash HASH 08048148 000148 00002c 04 A 4 0 4
[ 4] .dynsym DYNSYM 08048174 000174 000060 10 A 5 1 4
[ 5] .dynstr STRTAB 080481d4 0001d4 000053 00 A 0 0 1
[ 6] .gnu.version VERSYM 08048228 000228 00000c 02 A 4 0 2
[ 7] .gnu.version_r VERNEED 08048234 000234 000020 00 A 5 1 4
[ 8] .rel.dyn REL 08048254 000254 000008 08 A 4 0 4
[ 9] .rel.plt REL 0804825c 00025c 000018 08 A 4 b 4
[10] .init PROGBITS 08048274 000274 000017 00 AX 0 0 4
[11] .plt PROGBITS 0804828c 00028c 000040 04 AX 0 0 4
[12] .text PROGBITS 080482d0 0002d0 0001e4 00 AX 0 0 16
[13] .fini PROGBITS 080484b4 0004b4 00001b 00 AX 0 0 4
[14] .rodata PROGBITS 080484d0 0004d0 00001a 00 A 0 0 4
[15] .eh_frame PROGBITS 080484ec 0004ec 000004 00 A 0 0 4
[16] .data PROGBITS 080494f0 0004f0 00001c 00 WA 0 0 4
[17] .dynamic DYNAMIC 0804950c 00050c 0000c8 08 WA 5 0 4
[18] .ctors PROGBITS 080495d4 0005d4 000008 00 WA 0 0 4
[19] .dtors PROGBITS 080495dc 0005dc 000008 00 WA 0 0 4
[20] .jcr PROGBITS 080495e4 0005e4 000004 00 WA 0 0 4
[21] .got PROGBITS 080495e8 0005e8 00001c 04 WA 0 0 4
[22] .bss NOBITS 08049604 000604 000008 00 WA 0 0 4
[23] .comment PROGBITS 00000000 000604 000126 00 0 0 1
[24] .shstrtab STRTAB 00000000 00072a 0000ce 00 0 0 1
[25] .symtab SYMTAB 00000000 000c30 0004c0 10 26 2f 4
[26] .strtab STRTAB 00000000 0010f0 000275 00 0 0 1
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align
PHDR 0x000034 0x08048034 0x08048034 0x000e0 0x000e0 R E 0x4
INTERP 0x000114 0x08048114 0x08048114 0x00013 0x00013 R 0x1
[Requesting program interpreter: /lib/ld-linux.so.2]
LOAD 0x000000 0x08048000 0x08048000 0x004f0 0x004f0 R E 0x1000
LOAD 0x0004f0 0x080494f0 0x080494f0 0x00114 0x0011c RW 0x1000
DYNAMIC 0x00050c 0x0804950c 0x0804950c 0x000c8 0x000c8 RW 0x4
NOTE 0x000128 0x08048128 0x08048128 0x00020 0x00020 R 0x4
STACK 0x000000 0x00000000 0x00000000 0x00000 0x00000 RW 0x4
Symbol table '.symtab' contains 76 entries:
對(duì)于.exe文件，符號(hào)的Value 是將來加載進(jìn)內(nèi)存中的真實(shí)地址；對(duì)于.so文件Value需要重定位.
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 08048114 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
2: 08048128 0 SECTION LOCAL DEFAULT 2
3: 08048148 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3
4: 08048174 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4
5: 080481d4 0 SECTION LOCAL DEFAULT 5
6: 08048228 0 SECTION LOCAL DEFAULT 6
7: 08048234 0 SECTION LOCAL DEFAULT 7
8: 08048254 0 SECTION LOCAL DEFAULT 8
9: 0804825c 0 SECTION LOCAL DEFAULT 9
10: 08048274 0 SECTION LOCAL DEFAULT 10
11: 0804828c 0 SECTION LOCAL DEFAULT 11
12: 080482d0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 12
13: 080484b4 0 SECTION LOCAL DEFAULT 13
14: 080484d0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 14
15: 080484ec 0 SECTION LOCAL DEFAULT 15
16: 080494f0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 16
17: 0804950c 0 SECTION LOCAL DEFAULT 17
18: 080495d4 0 SECTION LOCAL DEFAULT 18
19: 080495dc 0 SECTION LOCAL DEFAULT 19
20: 080495e4 0 SECTION LOCAL DEFAULT 20
21: 080495e8 0 SECTION LOCAL DEFAULT 21
22: 08049604 0 SECTION LOCAL DEFAULT 22
23: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 23
24: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 24
25: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 25
26: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 26
27: 080482f4 0 FUNC LOCAL DEFAULT 12 call_gmon_start
28: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS crtstuff.c
29: 080495d4 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 18 __CTOR_LIST__
30: 080495dc 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 19 __DTOR_LIST__
31: 080484ec 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 15 __EH_FRAME_BEGIN__
32: 080495e4 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 20 __JCR_LIST__
33: 080494f8 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 16 p.0
34: 08049604 1 OBJECT LOCAL DEFAULT 22 completed.1
35: 08048320 0 FUNC LOCAL DEFAULT 12 __do_global_dtors_aux
36: 08048360 0 FUNC LOCAL DEFAULT 12 frame_dummy
37: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS crtstuff.c
38: 080495d8 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 18 __CTOR_END__
39: 080495e0 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 19 __DTOR_END__
40: 080484ec 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 15 __FRAME_END__
41: 080495e4 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 20 __JCR_END__
42: 08048490 0 FUNC LOCAL DEFAULT 12 __do_global_ctors_aux
43: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS aaa.c
44: 08049504 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 16 c444
# static變量為L(zhǎng)OCAL綁定屬性(也即作用域) 已初始化靜態(tài)變量存放在.data 45: 08049508 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 16 c444.0
# 已初始化靜態(tài)變量存放在.data (多個(gè)源文件可以定義同名的靜態(tài)變量) 46: 08049608 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 22 c555
# 未初始化靜態(tài)變量存放在.bss 47: 080494fc 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 16 a111
# 全局變量為GLOBAL綁定屬性 已初始全局變量存放在.data 48: 0804950c 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT 17 _DYNAMIC
49: 080484d0 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 14 _fp_hw
50: 080494f0 0 NOTYPE GLOBAL HIDDEN ABS __fini_array_end
51: 080494f4 0 OBJECT GLOBAL HIDDEN 16 __dso_handle
52: 08048440 66 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 __libc_csu_fini
53: 08048274 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 10 _init
54: 0804829c 427 FUNC GLOBAL DEFAULT UND
malloc@@GLIBC_2.0 55: 080482d0 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 _start
56: 080494f0 0 NOTYPE GLOBAL HIDDEN ABS __fini_array_start
57: 080483f0 71 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 __libc_csu_init
58: 08049500 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 16 p111
59: 08049604 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start
60: 0804838c 89 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 main
61: 080482ac 251 FUNC GLOBAL DEFAULT UND
__libc_start_main@@GLIBC_
62: 080494f0 0 NOTYPE GLOBAL HIDDEN ABS __init_array_end
63: 080494f0 0 NOTYPE WEAK DEFAULT 16 data_start
64: 080484b4 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 13 _fini
65: 080494f0 0 NOTYPE GLOBAL HIDDEN ABS __preinit_array_end
66: 08049604 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _edata
67: 080495e8 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT 21 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
68: 0804960c 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _end
69: 080494f0 0 NOTYPE GLOBAL HIDDEN ABS __init_array_start
70: 080484d4 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 14 _IO_stdin_used
71: 080494f0 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 16 __data_start
72: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _Jv_RegisterClasses
73: 080494f0 0 NOTYPE GLOBAL HIDDEN ABS __preinit_array_start
74: 00000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __gmon_start__
75: 080482bc 48 FUNC GLOBAL DEFAULT UND
strcpy@@GLIBC_2.0
文件./aaa加載進(jìn)內(nèi)存后,再看看變量的地址以及所在的區(qū):
[test@redhat]# gdb ./aaa
GNU gdb 6.1.1
(gdb) disassemble main
Dump of assembler code for function main:
0x0804838c <main+0>: push %ebp
0x0804838d <main+1>: mov %esp,%ebp
0x0804838f <main+3>: sub $0x18,%esp
0x08048392 <main+6>: and $0xfffffff0,%esp
0x08048395 <main+9>: mov $0x0,%eax
0x0804839a <main+14>: sub %eax,%esp
# char s333[] = "abc";
0x0804839c <main+16>: mov 0x80484df,%eax # 0x80484df處為"abc"，位于.rodata
0x080483a1 <main+21>: mov %eax,0xfffffff8(%ebp) # 0xfffffff8(%ebp) 為局部變量 char s333[]
# char *p333 = "123456";
0x080483a4 <main+24>: movl $0x80484e3,0xfffffff0(%ebp) # 0x80484e3處為"123456/0"，位于.rodata; 0xfffffff0(%ebp) 為局部變量 char *p333
# p111 = (char *)malloc(10);
0x080483ab <main+31>: sub $0xc,%esp
0x080483ae <main+34>: push $0xa # 0xa=10 ; push $0xa后，此時(shí)堆棧esp值又減去4字節(jié)，相當(dāng)于sub $0x10,%esp
0x080483b0 <main+36>: call 0x804829c <malloc>
0x080483b5 <main+41>: add $0x10,%esp
0x080483b8 <main+44>: mov %eax,0x8049500 # 0x8049500 為全局變量p111，位于.data
# p222 = (char *)malloc(20);
0x080483bd <main+49>: sub $0xc,%esp
0x080483c0 <main+52>: push $0x14 # 0x14=20 ; push $0xa后，此時(shí)堆棧esp值又減去4字節(jié)，相當(dāng)于sub $0x10,%esp
0x080483c2 <main+54>: call 0x804829c <malloc>
0x080483c7 <main+59>: add $0x10,%esp
0x080483ca <main+62>: mov %eax,0xfffffff4(%ebp) # 0xfffffff4(%ebp) 為局部變量p222
# strcpy(p111, "123456");
0x080483cd <main+65>: sub $0x8,%esp
0x080483d0 <main+68>: push $0x80484e3 # 0x80484e3處內(nèi)容為"123456/0"，位于.rodata;
0x080483d5 <main+73>: pushl 0x8049500 # 0x8049500 為全局變量p111，位于.data
0x080483db <main+79>: call 0x80482bc <strcpy>
0x080483e0 <main+84>: add $0x10,%esp
0x080483e3 <main+87>: leave
0x080483e4 <main+88>: ret
0x080483e5 <main+89>: nop
0x080483e6 <main+90>: nop
0x080483e7 <main+91>: nop
0x080483e8 <main+92>: nop
0x080483e9 <main+93>: nop
0x080483ea <main+94>: nop
0x080483eb <main+95>: nop
0x080483ec <main+96>: nop
0x080483ed <main+97>: nop
0x080483ee <main+98>: nop
0x080483ef <main+99>: nop
End of assembler dump.
(gdb) q
[test@redhat]#