static變量與全局變量

一、程序的內存分配

一個由C/C++編譯的程序佔用的內存分爲以下幾個部分:

1、棧區(stack)— 由編譯器自動分配釋放 ,存放函數的參數值,局部變量的值等。其操作方式類似於數據結構中的棧。

2、堆區(heap  一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事,分配方式倒是類似於鏈表。

3、全局區(靜態區)(static)— 全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域, 未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。程序結束後有系統釋放

4、文字常量區 常量字符串就是放在這裏的。 程序結束後由系統釋放。

5、程序代碼區 — 存放函數體的二進制代碼。

 

二、例子程序

 //main.cpp

 int a = 0; 全局初始化區

 char *p1; 全局未初始化區

 main()

 {

 int b;// 

 char s[] = "abc"; //

 char *p2; //

 char *p3 = "123456"; 123456\0";//在常量區,p3在棧上。

 static int c =0 //全局(靜態)初始化區

 p1 = (char *)malloc(10);

 p2 = (char *)malloc(20);

 //分配得來得10和20字節的區域就在堆區。

 strcpy(p1, "123456"); //123456\0放在常量區,編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。

 }

三、從作用域看:

全局變量具有全局作用域。全局變量只需在一個源文件中定義,就可以作用於所有的源文件。當然,其他不包含全局變量定義的源文件需要用extern 關鍵字再次聲明這個全局變量。

局部變量也只有局部作用域,它是自動對象(auto),它在程序運行期間不是一直存在,而是隻在函數執行期間存在,函數的一次調用執行結束後,變量被撤銷,其所佔用的內存也被收回。

靜態局部變量具有局部作用域,它只被初始化一次,自從第一次被初始化直到程序運行結束都一直存在,它和全局變量的區別在於全局變量對所有的函數都是可見的,而靜態局部變量只對定義自己的函數體始終可見。

靜態全局變量也具有全局作用域,它與全局變量的區別在於如果程序包含多個文件的話,它作用於定義它的文件裏,不能作用到其它文件裏,即被static關鍵字修飾過的變量具有文件作用域。這樣即使兩個不同的源文件都定義了相同名字的靜態全局變量,它們也是不同的變量。

從分配內存空間看:
全局變量,靜態局部變量,靜態全局變量都在靜態存儲區分配空間,而局部變量在棧裏分配空間。

從以上分析可以看出, 把局部變量改變爲靜態變量後是改變了它的存儲方式即改變了它的生存期。把全局變量改變爲靜態變量後是改變了它的作用域,限制了它的使用範圍。因此static 這個說明符在不同的地方所起的作用是不同的。

四、總的來說就是:

1、生存週期不同
2
、作用範圍不同
3、分配方式不同

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再來看下堆和的不同:

1、分配方式不同;
2
、空間大小不同;
3、分配效率不同;
4、能否產生碎片不同;
5、生長方向不同;

1分配方式不同

棧:
由系統自動分配。 例如,聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中爲b開闢空間
堆:
需要程序員自己申請,並指明大小,在c中malloc函數
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2 = (char *)new(10);
但是注意p1、p2本身是在棧中的。 

2、 空間大小不同

一般來講在32
位系統下,堆內存可以達到4G的空間,從這個角度來看堆內存幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在VC6下面,默認的棧空間大小是1M。

3、分配效率

棧是機器系統提供的數據結構,計算機會在底層對棧提供支持:分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執 行,這就決定了棧的效率比較高。堆則是C/C++函數庫提供的,它的機制是很複雜的,例如爲了分配一塊內存,庫函數會按照一定的算法(具體的算法可以參考 數據結構/操作系統)在堆內存中搜索可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於內存碎片太多),就有可能調用系統功能去增加程序數據段的內存空間,這樣就有機會分到足夠大小的內存,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。

4、碎片問題

棧:只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統將爲程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。 
堆:首先應該知道操作系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時, 
會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點,然後將該結點從空閒結點鏈表中刪除,並將該結點的空間分配給程序,另外,對於大多數系統,會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外,由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒鏈表中。 

對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成內存空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程序效率降低。對於棧來講,則不會存在這個問題,因爲棧是先進後出的隊列,他們是如此的一一對應,以至於永遠都不可能有一個內存塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的後進的棧內容已經被彈出。

5、生長方向 

對於堆來講,生長方向是向上的,也就是向着內存地址增加的方向;對於棧來講,它的生長方向是向下的,是向着內存地址減小的方向增長。 


堆和棧相比,由於大量new/delete的使用,容易造成大量的內存碎片;由於沒有專門的系統支持,效率很低;由於可能引發用戶態和核心態的切換,內存的申請,代價變得更加昂貴。所以棧在程序中是應用最廣泛的,就算是函數的調用也利用棧去完成,函數調用過程中的參數,返回地址,EBP和局部變量都採用棧的方式存放。所以,我們推薦大家儘量用棧,而不是用堆。雖然棧有如此衆多的好處,但是由於和堆相比不是那麼靈活,有時候分配大量的內存空間,還是用堆好一些。 


static函數與普通函數有什麼區別

 用static修飾的函數,本限定在本源碼文件中,不能被本源碼文件以外的代碼文件調用。而普通的函數,默認是extern的,也就是說,可以被其它代碼文件調用該函數。
  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。普通 函數的定義和聲明默認情況下是extern的,但靜態函數只是在聲明他的文件當中可見,不能被其他文件所用。因此定義靜態函數有以下好處:
  <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。


static全局變量與普通的全局變量有什麼區別?static局部變量和普通局部變量有什麼區別?static函數與普通函數有什麼區別?   
答:
1) 全局變量(外部變量)的說明之前再冠以static 就構成了靜態的全局變量。全局變量本身就是靜態存儲方式, 靜態全局變量當然也是靜態存儲方式。 這兩者在存儲方式上並無不同。這兩者的區別在於非靜態全局變量的作用域是整個源程序, 當一個源程序由多個源文件組成時,非靜態的全局變量在各個源文件中都是有效的。 而靜態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有效, 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由於靜態全局變量的作用域侷限於一個源文件內,只能爲該源文件內的函數公用, 因此可以避免在其它源文件中引起錯誤。   
2) 從以上分析可以看出, 把局部變量改變爲靜態變量後是改變了它的存儲方式即改變了它的生存期。把全局變量改變爲靜態變量後是改變了它的作用域,限制了它的使用範圍。                   
3) static函數與普通函數作用域不同,僅在本文件。只在當前源文件中使用的函數應該說明爲內部函數(static),內部函數應該在當前源文件中說明和定義。對於可在當前源文件以外使用的函數,應該在一個頭文件中說明,要使用這些函數的源文件要包含這個頭文件   
綜上所述:
static全局變量與普通的全局變量有什麼區別:
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麼區別:
static局部變量只被初始化一次,下一次依據上一次結果值;   
static函數與普通函數有什麼區別:
static函數在內存中只有一份,普通函數在每個被調用中維持一份拷貝

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