存储区, 作用域与生命周期(存储期)¶
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内存的存储区¶
不同 OS/ABI/编译器会有差异，但典型用户态进程的虚拟地址空间可抽象为：
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代码段（text / .text） 存放机器指令（函数体）。 通常只读+可执行。
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只读数据段（rodata / .rodata） 字符串字面量、const 只读常量等可能放这里（实现决定）。 通常只读不可写。
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已初始化的全局/静态数据段（data / .data） 有显式非零初始化的全局变量、静态变量、静态成员等。
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未初始化或零初始化的全局/静态数据段（bss / .bss） 未显式初始化或初始化为 0 的全局/静态对象（语言层面会做零初始化）。
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堆（heap / free store） new/delete、malloc/free 等动态分配区域（一般是“自由存储区”，常映射到堆实现）。 分配/释放由运行时/分配器管理。
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栈（stack）（每进程程一份） 调用栈帧：返回地址、保存寄存器、函数参数、自动存储期局部变量等（具体布局实现相关）。 进入作用域“压栈”，离开作用域“出栈”。
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内存映射区（mmap / 映射段）（OS 概念） 动态库、文件映射、匿名映射、大块分配等常在此区域。 对于linux系统, 线程栈也会在父进程的内存映射区。
变量的作用域¶
作用域是编译期概念, 描述对于一个名字(identifier), 从声明点到某个语法边界结束的区域, 使得该区域内可以通过”name lookup”找到该名字的声明. 非常粗略地来说分为3种:
- 局部作用域(代码块): 例如函数体, for循环的临时循环变量, if-else块等
- 类作用域: 可见性由访问控制影响
- 命名空间作用域/全局作用域: 定义在最外层的变量在整个文件可见
对于多文件(多翻译单元)的情况, 变量在翻译单元之间是否可见不属于作用域概念, 而是链接性.
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外部链接: 可被其它翻译单元引用 例如非static非const的全局变量, 在另外的翻译单元有extern时可被另外的翻译单元发现;
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内部链接: 仅本翻译单元可见 例如static全局变量, const全局变量, 匿名命名空间内的变量;
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无链接: 局部作用域的变量没有链接性.;
变量的存储期¶
C++ 标准把变量（准确说对象）的存储持续时间主要分为：
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自动存储期（automatic）
块作用域局部变量（非 static、非 thread_local）通常是自动存储期。 通常分配在栈上（实现常见但不是标准强制）。
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静态存储期（static storage duration）
命名空间作用域（含全局）变量、static 局部变量、static 成员变量等。 程序开始到程序结束一直存在（但对象的“动态初始化/析构”有明确时机规则）。
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线程存储期（thread storage duration）
thread_local 变量。 每个线程各自拥有一份；从线程开始到线程结束。
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动态存储期（dynamic storage duration）
new 创建的对象（以及某些运行时分配器创建的对象）。 从分配成功并完成构造开始，到析构并释放结束（由你何时 delete 决定）。
不同变量类型的生命周期¶
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全局变量(包括静态全局变量)/命名空间作用域变量:
- 静态存储期: 进入main函数前分配空间, 程序结束时析构销毁;
- 静态存储区: 视其能否常量初始化, .data或.bss区.
- 具有静态存储期的变量初始化分为零初始化(所有静态存储期的变量), 常量初始化(之前, 满足编译期常量表达式的变量), 动态初始化(调用构造函数). 对于全局变量(包括静态全局变量)/命名空间作用域变量, 在main()之前完成初始化.
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静态局部变量/静态成员变量
- 静态存储期
- 静态存储区
- 与全局变量不同的是, 首次执行到该声明时进行动态初始化.
- (线程安全性! 如果多线程执行有静态局部变量的函数, 何时申请空间? C++11之前线程不安全, C++11及以后线程安全)
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局部变量
- 自动存储期
- 栈区
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成员变量
- 存储期和存储位置视其对象
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const/constexptr
- 若在代码块内, 自动存储期, 栈区
- 若在命名空间/全局, 静态存取期, 可能在.rodata(只读区)或完全被优化掉存储空间(不需要其地址的情况下).