C语言存储空间布局以及static解析

本文我将采用Linux环境测试C语言存储空间布局，以及采用VC6.0来测试static的常见用法。采用linux环境来测试c语言存储空间布局，是因为Linux很容易利用shell命令中的size命令查看到进程存储区各段的大小。采用VC6.0来测试static的常见用法，是因为我们利用VC6.0很容易创建一个工程，该工程可以包含很多源文件，这样就很方便我们测试本文件与其他文件之间的关系了。

                  

不管是在Linux下C程序还是Windows下C程序，他们都是由正文段、数据段、BSS段、堆、栈等段构成的，只不过可能他们的各段分配地址不一样。Linux下的C程序正文段在低地址，而Windows下的C程序的正文段(代码段)在高地址。所有不用担心我用Linux环境和Windows环境共同测试带来不正确的数据。

一、C语言存储空间布局

C语言一直由下面部分组成：

正文段（code segment/text segment，.text段）：或称代码段，通常是用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读，某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。CPU执行的机器指令部分。

数据段（data segment，.data段）：通常是用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。

BSS段（bss segment，.bss段）：通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。

堆（heap）：堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张)；当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆上被剔除(堆被缩减)。

栈（stack）：栈又称堆栈，是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是我们函数大括号"{}"中定义的变量(不包括static声明的变量)。除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且等调用结束后，函数的返回值也会被存放在回栈中。由于栈的先进先出特性，所有栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲，把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

【测试】：采用Linux环境测试

1、测试代码如下，文件名为progressStruct.c

保存后，输入gcc progressSturnct.c -o progressStruct编译生成二进制文件(可执行文件)，然后输入size progressStruct查看进程progressStruct内存各段大小

text->正文段   data->数据段，存储已初始化全局变量段   bss->存储未初始化全局变量段  dec->以十进制显示总大小  hex->以十六进制显示总大小

2、修改progressStruct.c文件，修改后代码如下：

保存后，输入gcc progressSturnct.c -o progressStruct编译生成二进制文件(可执行文件)，然后输入size progressStruct 查看进程progressStruct内存各段大小

3、继续修改progressStruct.c文件，修改后代码如下：

保存后，输入gcc progressSturnct.c -o progressStruct编译生成二进制文件(可执行文件)，然后输入size progressStruct 查看进程progressStruct内存各段大小

4、3、继续修改progressStruct.c文件，修改后代码如下：

保存后，输入gcc progressSturnct.c -o progressStruct编译生成二进制文件(可执行文件)，然后输入size progressStruct 查看进程progressStruct内存各段大小

其他非主函数中的变量存储在堆栈区

二、面向过程程序设计中的static

1、全局静态变量

在全局变量之前加上关键字static修饰，全局变量就被定义成一个全局静态变量

1. 内存中的位置：静态存储器（静态存储区在整个程序运行期间都存在的）
2. 初始化：未初始化的全局静态变量会被程序自动化为0
3. 作用域：全局静态变量在声明它的文件之外是不可见，即其他文件不能使用被static修饰的变量。只能在从定义处到文件结尾中被使用。

【测试其作用域】：此测试利用VC6.0来完成

1、先测试不加static修饰全局变量，在另外一个文件来使用其他文件的全局变量

先在VC6.0上创建一个工程，命名为StaticTest，并在这个工程中创建两个.c文件，分别为a.c和main.c，对应代码如下：

运行结果如下：

2、现在修改a.c文件，修改后如下：

此时点击变成此工程，在编译过程没有报错误，而当我们去点击去链接这个工程的文件，此时就报错了，错误信息如下：

总结：被static修饰的全局变量(全局静态变量)，不能被外部文件使用，只能被从定义开始到当前定义文件的结尾之间使用。

定义全局静态变量的好处：

<1>不会被其他文件所访问和修改。

<2>其他文件中可以使用相同名字的变量，不会发生冲突。

2、局部静态变量

在局部变量之前加上关键字static，局部变量被定义成为一个局部静态变量

1. 内存中的位置：静态存储器
2. 初始化：未经初始化的局部变量会被程序自动初始化为0
3. 作用域：作用域仍为局部作用域，当定义它的函数或语句块结束的时候，作用域随之结束。

注：当static用来修饰局部变量的时候，它就改变了局部变量的存储位置，从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后，并没有被销毁，而是仍然驻留在内存当中(在其作用域外仍然可以定义相同名字的变量)，直到程序结束，只不过我们不能再对他进行访问。当static用来修饰全局变量时候，它就改变了全局变量的作用域(在声明它的文件之外是不可见的)，但是没有改变它的存放位置，还是在静态存储器中。

运行结果如下：

3、静态函数

在函数的返回类型前加上关键字static，函数就被定义成为静态函数。

函数的定义和声明默认情况下是extern的，但是静态函数只是在声明它的文件中可见，不能被其他文件所用，例如：

同样编译没有报错，而在链接时报错，错误提示找不到display()函数

定义静态函数的好处：

<1>其他文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突

<2>静态函数不能被其他文件所用

存储说明符auto，register，extern，static，对应两种存储期：自动存储期和静态存储期。

auto和register对应自动存储期。具有自动存储期变量在进入声明该变量的程序块时被建立，它在该程序块活动时存在，退出该块时撤销。关键字extern和static用来说明具有静态存储器的变量和函数，用static声明的局部变量具有静态存储持续期(static storage duration)，或静态范围(static extent)。虽然他的值在函数调用之间保持有效，但是其名字的可视性仍限制在其局部域内。静态局部对象在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化。

由于static变量的以上特性，可实现一些特定功能。

1、统计次数功能

声明函数的一个局部变量，并设置为static类型，作为一个计数器，这样函数每次被调用的时候就可以进行级数。这是统计函数被调用次数的做好的办法。因为这个变量是和函数息息相关的，二函数可能在不同的地方被调用，所以从调用者的角度来统计比较困难。代码如下：

运行结果如下：

从结果我们更加能证明：当static用来修饰局部变量的时候，它就改变了局部变量的存储位置，从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后，并没有被销毁，而是仍然驻留在内存当中(在其作用域外仍然可以定义相同名字的变量)，直到程序结束，只不过我们不能再对他进行访问

总结：C语言程序可以看成一系列外部对象构成，这些外部对象可能是变量，也可能是函数。而内部变量是指定义在函数内部的函数参数及变量。外部变量定义在函数之外，因此可以在许多函数中使用。由于C语言不允许在一个函数中定义其它函数，因此函数本身只能是“外部”。由于C语言代码是以文件为单位来组织的，一个源程序所有源文件中，一个外部变量或函数只能在某个文件中定义一次，而其他文件通过extern声明来访问它（定义外部变量或函数的源文件中也可以包含对该外部变量的extern声明。）而static则可以限定变量或函数为静态存储。如果用static限定外部变量与函数，则可以将该对象的作用域限定为被编译源文件的剩余部分(从被定义处开始到文件末尾)。通过static限定外部对象，可以达到隐藏外部对象的目的。因而，static限定的变量或函数不会和同一程序中其他文件中同名的相冲突。如果用static限定内部变量，则该变量从程序一开始就拥有内存，不会随其所在函数的调用和退出而分配和消失。

C语言中使用静态函数的好处：

<1>静态函数会被自动分配在一个一直使用的存储器，直到退出应用程序实例，避免了调用函数时压栈出栈，这样速度就快得多。（常用函数可以选择使用static修饰）

<2>关键字"static"，译成中文就是"静态的"，所以内部函数又称静态函数(相对其他文件而言，被static修饰的函数，其他文件不能访问)。但此处"static"的含义不是指存储方式，而指对函数的作用域仅局限于本文件。

<3>使用内部函数的好处是：不同的人编写不同的函数时，不用担心自定定义的函数是否与其他文件中的函数同名。

转载：大神作品