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一、预备知识—程序的内存分配
一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap） — 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。
3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域(.data)，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域(.bss)。 - 程序结束后由系统释放。
4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的(.rodata)。 程序结束后由系统释放。
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码(.text)。
二、例子程序:
//main.cpp
int a = 0; // 全局初始化区
char *p1; // 全局未初始化区
main()
{
int b; // 栈区
char s[] = "abc"; // 栈区
char *p2; // 栈区
char *p3 = "123456"; // "123456\0" 在常量区，p3在栈区
static int c =0; // 全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20); // 分配得来的10和20字节的区域就在堆区
strcpy(p1, "123456"); // "123456\0" 放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化到一个地方。
}
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static全局变量与普通的全局变量有什么区别？static局部变量和普通局部变量有什么区别？static函数与普通函数有什么区别？
static全局变量与普通的全局变量有什么区别？static局部变量和普通局部变量有什么区别？static函数与普通函数有什么区别？
答:
1) 全局变量(外部变量)的说明之前再冠以static 就构成了静态的全局变量。全局变量本身就是静态存储方式， 静态全局变量当然也是静态存储方式。 这两者在存储方式上并无不同。这两者的区别在于非静态全局变量的作用域是整个源程序， 当一个源程序由多个源文件组成时，非静态的全局变量在各个源文件中都是有效的。 而静态全局变量则限制了其作用域， 即只在定义该变量的源文件内有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由于静态全局变量的作用域局限于一个源文件内，只能为该源文件内的函数公用， 因此可以避免在其它源文件中引起错误。
2) 从以上分析可以看出， 把局部变量改变为静态变量后是改变了它的存储方式即改变了它的生存期。把全局变量改变为静态变量后是改变了它的作用域，限制了它的使用范围。
3) static函数与普通函数作用域不同,仅在本文件。只在当前源文件中使用的函数应该说明为内部函数(static)，内部函数应该在当前源文件中说明和定义。对于可在当前源文件以外使用的函数，应该在一个头文件中说明，要使用这些函数的源文件要包含这个头文件。
综上所述:
static全局变量与普通的全局变量有什么区别：
static全局变量只初使化一次，防止在其他文件单元中被引用;
static局部变量和普通局部变量有什么区别：
static局部变量只被初始化一次，下一次依据上一次结果值；
static函数与普通函数有什么区别：
static函数在内存中只有一份，普通函数在每个被调用中维持一份拷贝；
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一个C语言变量分配的实际例子：
我们来看看在可执行文件中,变量们会被分配在哪些区里。这里以可执行文件为例子，是因为可执行文件有固定的内存加载地址，其内部定义的符号(即函数/变量的名字)将来在内存里的加载地址也是固定的，连接器编译生成可执行文件的时候可以提前确定内部定义符号的最终地址。因此可以用readelf工具可以直接看到可执行文件里符号们的内存加载地址。
源程序经编译、连接的结果是形成1堆汇编指令代码，大致分为.text .data .bss等几个节区(section)。对于.exe文件和.so文件，全局和静态变量都放在.data 或.bss段(gas把源文件从头到尾扫描1遍，才知道一个变量的全部情况：是否定义；什么类型；是否初始化等等。然后将初始化的变量们在.data段里分配位置和空间，把没初始化的变量们在.bss段里分配位置和空间，没定义的变量们分配在.undef段)。汇编指令代码里全局变量表现为一个内存地址(全局变量在目标文件里是一个偏移值，加载进内存里是一个内存地址)。临时变量在汇编代码里变成ebp/esp+n，表现为一个堆栈地址，化为程序正文(.text)的一部分。还有些外部变量(定义在其他源文件里的)的最终内存地址在加载进内存之前还不能确定，需要加载进内存才可以计算出来。
全局变量 作用域是跨越多个源程序的。因此全局变量不能重名。静态变量作用域是位于单个源程序内。多个源程序可以有同名的全局静态变量。本例中，gcc 用 c444和c444.0 来区分2个同名的静态变量。
(1)编译、连接生成可执行文件./aaa
[test@redhat]# more aaa.c
# include
int a111 = 0; # 全局变量 已初始化
char *p111 = "654321"; # 全局指针变量 已经初始化
static int c444 = 9; # 静态全局变量 已经初始化
static int c555; # 静态全局变量 未初始化
main()
{
int b222; # 局部变量
char s333[] = "abc"; # 局部变量
char *p222; # 局部变量
char *p333 = "123456"; # 局部变量
static int c444 =0; # 已初始化静态局部变量,与前面静态全局变量重名
p111 = (char *)malloc(10);
p222 = (char *)malloc(20);
strcpy(p111, "123456");
}
[test@redhat]# gcc -o aaa ./aaa.c
(2)看看文件./aaa，在磁盘文件形态时，各个变量所在的节区:
[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) 类型为可执行文件
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是可执行文件加载进内存时，每个section在内存中的起始虚拟地址。
[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:
对于可执行文件，符号的Value 是符号加载进内存中的真实虚拟地址；对于.so文件，符号的Value是个相对偏移量，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 # 已初始化静态变量c444存放在.data section。STATIC型变量为LOCAL绑定属性(也即作用域为局部)。
45: 08049508 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 16 c444.0 # 多个源文件可以定义同名的静态变量c444
46: 08049608 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 22 c555 # 未初始化静态变量c555存放在.bss section
47: 080494fc 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 16 a111 # 已初始化全局变量a111存放在.data section。全局变量为GLOBAL绑定属性(也即作用域为全局)。
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 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 # 已初始化全局变量p111存放在.data section
59: 08049604 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start
60: 0804838c 89 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 main
61: 080482ac 251 FUNC GLOBAL DEFAULT UND _
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
(3)看看./aaa 加载进内存后(内存映像形态)，变量的地址以及所在的节区:
[test@redhat]# gdb ./aaa
GNU gdb 6.1.1
(gdb) disassemble main
Dump of assembler code for function main:
0x0804838c : push %ebp
0x0804838d : mov %esp,%ebp
0x0804838f : sub $0x18,%esp
0x08048392 : and $0xfffffff0,%esp
0x08048395 : mov $0x0,%eax
0x0804839a : sub %eax,%esp
// char s333[] = "abc";
0x0804839c : mov 0x80484df,%eax # 0x80484df处为"abc"，位于.rodata;
0x080483a1 : mov %eax,0xfffffff8(%ebp) # 0xfffffff8(%ebp) 为局部变量 char s333[]
// char *p333 = "123456";
0x080483a4 : movl $0x80484e3,0xfffffff0(%ebp) # 0x80484e3处为"123456/0"，位于.rodata; 0xfffffff0(%ebp) 为局部变量 char *p333
// p111 = (char *)malloc(10);
0x080483ab : sub $0xc,%esp
0x080483ae : push $0xa # 0xa=10 ; push $0xa后，此时堆栈esp值又减去4字节，相当于sub $0x10,%esp
0x080483b0 : call 0x804829c
0x080483b5 : add $0x10,%esp # 平衡堆栈
0x080483b8 : mov %eax,0x8049500 # 0x8049500 为已初始化全局变量p111，位于.data。p111在内存里的实际地址和p111在硬盘文件里记录的内存加载地址是一致的。
// p222 = (char *)malloc(20);
0x080483bd : sub $0xc,%esp
0x080483c0 : push $0x14 # 0x14=20 ; push $0xa后，此时堆栈esp值又减去4字节，相当于sub $0x10,%esp
0x080483c2 : call 0x804829c
0x080483c7 : add $0x10,%esp
0x080483ca : mov %eax,0xfffffff4(%ebp) # 0xfffffff4(%ebp) 为局部变量p222
// strcpy(p111, "123456");
0x080483cd : sub $0x8,%esp
0x080483d0 : push $0x80484e3 # 0x80484e3处内容为"123456/0"，位于.rodata;
0x080483d5 : pushl 0x8049500 # 0x8049500 为全局变量p111，位于.data;
0x080483db : call 0x80482bc
0x080483e0 : add $0x10,%esp
0x080483e3 : leave
0x080483e4 : ret
0x080483e5 : nop
0x080483e6 : nop
0x080483e7 : nop
0x080483e8 : nop
0x080483e9 : nop
0x080483ea : nop
0x080483eb : nop
0x080483ec : nop
0x080483ed : nop
0x080483ee : nop
0x080483ef : nop
End of assembler dump.
(gdb) q
[test@redhat]#
