C語言存儲空間佈局以及static解析

本文我將採用Linux環境測試C語言存儲空間佈局，以及採用VC6.0來測試static的常見用法。採用linux環境來測試c語言存儲空間佈局，是因爲Linux很容易利用shell命令中的size命令查看到進程存儲區各段的大小。採用VC6.0來測試static的常見用法，是因爲我們利用VC6.0很容易創建一個工程，該工程可以包含很多源文件，這樣就很方便我們測試本文件與其他文件之間的關係了。

                  

不管是在Linux下C程序還是Windows下C程序，他們都是由正文段、數據段、BSS段、堆、棧等段構成的，只不過可能他們的各段分配地址不一樣。Linux下的C程序正文段在低地址，而Windows下的C程序的正文段(代碼段)在高地址。所有不用擔心我用Linux環境和Windows環境共同測試帶來不正確的數據。

一、C語言存儲空間佈局

C語言一直由下面部分組成：

正文段（code segment/text segment，.text段）：或稱代碼段，通常是用來存放程序執行代碼的一塊內存區域。這部分區域的大小在程序運行前就已經確定，並且內存區域通常屬於只讀，某些架構也允許代碼段爲可寫，即允許修改程序。在代碼段中，也有可能包含一些只讀的常數變量，例如字符串常量等。CPU執行的機器指令部分。

數據段（data segment，.data段）：通常是用來存放程序中已初始化的全局變量的一塊內存區域。數據段屬於靜態內存分配。

BSS段（bss segment，.bss段）：通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域。BSS是英文Block Started by Symbol的簡稱。BSS段屬於靜態內存分配。

堆（heap）：堆是用於存放進程運行中被動態分配的內存段，它的大小並不固定，可動態擴張或縮減。當進程調用malloc等函數分配內存時，新分配的內存就被動態添加到堆上(堆被擴張)；當利用free等函數釋放內存時，被釋放的內存從堆上被剔除(堆被縮減)。

棧（stack）：棧又稱堆棧，是用戶存放程序臨時創建的局部變量，也就是我們函數大括號"{}"中定義的變量(不包括static聲明的變量)。除此以外，在函數被調用時，其參數也會被壓入發起調用的進程棧中，並且等調用結束後，函數的返回值也會被存放在回棧中。由於棧的先進先出特性，所有棧特別方便用來保存/恢復調用現場。從這個意義上講，把堆棧看成一個寄存、交換臨時數據的內存區。

【測試】：採用Linux環境測試

1、測試代碼如下，文件名爲progressStruct.c

保存後，輸入gcc progressSturnct.c -o progressStruct編譯生成二進制文件(可執行文件)，然後輸入size progressStruct查看進程progressStruct內存各段大小

text->正文段   data->數據段，存儲已初始化全局變量段   bss->存儲未初始化全局變量段  dec->以十進制顯示總大小  hex->以十六進制顯示總大小

2、修改progressStruct.c文件，修改後代碼如下：

保存後，輸入gcc progressSturnct.c -o progressStruct編譯生成二進制文件(可執行文件)，然後輸入size progressStruct 查看進程progressStruct內存各段大小

3、繼續修改progressStruct.c文件，修改後代碼如下：

保存後，輸入gcc progressSturnct.c -o progressStruct編譯生成二進制文件(可執行文件)，然後輸入size progressStruct 查看進程progressStruct內存各段大小

4、3、繼續修改progressStruct.c文件，修改後代碼如下：

保存後，輸入gcc progressSturnct.c -o progressStruct編譯生成二進制文件(可執行文件)，然後輸入size progressStruct 查看進程progressStruct內存各段大小

其他非主函數中的變量存儲在堆棧區

二、面向過程程序設計中的static

1、全局靜態變量

在全局變量之前加上關鍵字static修飾，全局變量就被定義成一個全局靜態變量

1. 內存中的位置：靜態存儲器（靜態存儲區在整個程序運行期間都存在的）
2. 初始化：未初始化的全局靜態變量會被程序自動化爲0
3. 作用域：全局靜態變量在聲明它的文件之外是不可見，即其他文件不能使用被static修飾的變量。只能在從定義處到文件結尾中被使用。

【測試其作用域】：此測試利用VC6.0來完成

1、先測試不加static修飾全局變量，在另外一個文件來使用其他文件的全局變量

先在VC6.0上創建一個工程，命名爲StaticTest，並在這個工程中創建兩個.c文件，分別爲a.c和main.c，對應代碼如下：

運行結果如下：

2、現在修改a.c文件，修改後如下：

此時點擊變成此工程，在編譯過程沒有報錯誤，而當我們去點擊去鏈接這個工程的文件，此時就報錯了，錯誤信息如下：

總結：被static修飾的全局變量(全局靜態變量)，不能被外部文件使用，只能被從定義開始到當前定義文件的結尾之間使用。

定義全局靜態變量的好處：

<1>不會被其他文件所訪問和修改。

<2>其他文件中可以使用相同名字的變量，不會發生衝突。

2、局部靜態變量

在局部變量之前加上關鍵字static，局部變量被定義成爲一個局部靜態變量

1. 內存中的位置：靜態存儲器
2. 初始化：未經初始化的局部變量會被程序自動初始化爲0
3. 作用域：作用域仍爲局部作用域，當定義它的函數或語句塊結束的時候，作用域隨之結束。

注：當static用來修飾局部變量的時候，它就改變了局部變量的存儲位置，從原來的棧中存放改爲靜態存儲區。但是局部靜態變量在離開作用域之後，並沒有被銷燬，而是仍然駐留在內存當中(在其作用域外仍然可以定義相同名字的變量)，直到程序結束，只不過我們不能再對他進行訪問。當static用來修飾全局變量時候，它就改變了全局變量的作用域(在聲明它的文件之外是不可見的)，但是沒有改變它的存放位置，還是在靜態存儲器中。

運行結果如下：

3、靜態函數

在函數的返回類型前加上關鍵字static，函數就被定義成爲靜態函數。

函數的定義和聲明默認情況下是extern的，但是靜態函數只是在聲明它的文件中可見，不能被其他文件所用，例如：

同樣編譯沒有報錯，而在鏈接時報錯，錯誤提示找不到display()函數

定義靜態函數的好處：

<1>其他文件中可以定義相同名字的函數，不會發生衝突

<2>靜態函數不能被其他文件所用

存儲說明符auto，register，extern，static，對應兩種存儲期：自動存儲期和靜態存儲期。

auto和register對應自動存儲期。具有自動存儲期變量在進入聲明該變量的程序塊時被建立，它在該程序塊活動時存在，退出該塊時撤銷。關鍵字extern和static用來說明具有靜態存儲器的變量和函數，用static聲明的局部變量具有靜態存儲持續期(static storage duration)，或靜態範圍(static extent)。雖然他的值在函數調用之間保持有效，但是其名字的可視性仍限制在其局部域內。靜態局部對象在程序執行到該對象的聲明處時被首次初始化。

由於static變量的以上特性，可實現一些特定功能。

1、統計次數功能

聲明函數的一個局部變量，並設置爲static類型，作爲一個計數器，這樣函數每次被調用的時候就可以進行級數。這是統計函數被調用次數的做好的辦法。因爲這個變量是和函數息息相關的，二函數可能在不同的地方被調用，所以從調用者的角度來統計比較困難。代碼如下：

運行結果如下：

從結果我們更加能證明：當static用來修飾局部變量的時候，它就改變了局部變量的存儲位置，從原來的棧中存放改爲靜態存儲區。但是局部靜態變量在離開作用域之後，並沒有被銷燬，而是仍然駐留在內存當中(在其作用域外仍然可以定義相同名字的變量)，直到程序結束，只不過我們不能再對他進行訪問

總結：C語言程序可以看成一系列外部對象構成，這些外部對象可能是變量，也可能是函數。而內部變量是指定義在函數內部的函數參數及變量。外部變量定義在函數之外，因此可以在許多函數中使用。由於C語言不允許在一個函數中定義其它函數，因此函數本身只能是“外部”。由於C語言代碼是以文件爲單位來組織的，一個源程序所有源文件中，一個外部變量或函數只能在某個文件中定義一次，而其他文件通過extern聲明來訪問它（定義外部變量或函數的源文件中也可以包含對該外部變量的extern聲明。）而static則可以限定變量或函數爲靜態存儲。如果用static限定外部變量與函數，則可以將該對象的作用域限定爲被編譯源文件的剩餘部分(從被定義處開始到文件末尾)。通過static限定外部對象，可以達到隱藏外部對象的目的。因而，static限定的變量或函數不會和同一程序中其他文件中同名的相沖突。如果用static限定內部變量，則該變量從程序一開始就擁有內存，不會隨其所在函數的調用和退出而分配和消失。

C語言中使用靜態函數的好處：

<1>靜態函數會被自動分配在一個一直使用的存儲器，直到退出應用程序實例，避免了調用函數時壓棧出棧，這樣速度就快得多。（常用函數可以選擇使用static修飾）

<2>關鍵字"static"，譯成中文就是"靜態的"，所以內部函數又稱靜態函數(相對其他文件而言，被static修飾的函數，其他文件不能訪問)。但此處"static"的含義不是指存儲方式，而指對函數的作用域僅侷限於本文件。

<3>使用內部函數的好處是：不同的人編寫不同的函數時，不用擔心自定定義的函數是否與其他文件中的函數同名。

轉載：大神作品