全局变量和静态变量以及内存堆栈的关系

在编写程序时，内存的控制是很重要的一部分。关于全局变量和局部变量，静态变量的关系如何？以及他们在内存在是存储于哪部分的？做个记录，以便往后查看。

1. 全局变量和静态变量

全局变量：又称外部变量，与之相对的是局部变量，是从变量的作用域上来考量的。全局变量定义与函数外面，作用于整个程序；而局部变量则是定义在函数里面，仅作用于函数内部，无法跨函数作用。全局变量为静态分配，即程序执行之前就进行内存分配，不再改变（内存不再改变）；而局部变量则是动态分配，在程序执行的时候进行内存分配。

静态变量：是从变量的内存分配上来考量的，与之相对的是动态变量。静态变量如其名，采用静态分配方式的变量，表现在代码程层面就是用 static 或 extern 关键字修饰的变量即为静态变量。静态变量分为static和extern，两者作用域不同，static修饰的只能作用于单个程序文件，而extern 则可以作用于整个程序（多文件）。

全局变量和静态全局变量：当程序只有一个文件构成时，两个没有什么区别；当多个文件存在时，static全局变量则使得该变量为源文件独享（只作用于单个文件），而 extern 全局变量则可以作用整个程序，包括其他源文件。

那么静态局部变量呢？静态局部变量作用域与局部变量一致，只不过生命周期不一样，内存存储地点也不一样。静态局部变量是程序执行之前静态分配内存，程序执行结束之后结束。

看到有人提到静态变量无法改变，这是错误的。静态变量只是内存分配为静态分配方式，内存不变，并不是说不可以改变，静态变量也是可以更改存储内容的。

2. 全局变量，静态变量在内存中存放位置

我们知道一个汇编程序分为：代码段，数据段，堆栈段（这里的堆栈就是指的栈，stack）。从内存上说，数据段又可分为：静态存储区，堆（heap）和BSS（Block Started by Symbol）区。

代码段：就是存放程序二进制代码区域

静态存储区（.data）：用于存放已初始化的全局变量和静态变量

堆（heap）：数据区，用于动态分配的存储。一般由程序员控制分配和释放，malloc 和 new 的数据存放于堆中

未初始化全局（静态）变量BSS：未初始化的全局变量和静态变量，全局变量和静态变量默认初始化为0

堆栈（stack）：通常理解就是局部变量，函数调用等所需存储

为了了解全局变量和静态变量等内存存储位置，talk is cheap, show the code! 给出一个测试案例，然后用objdump 或者 readelf反汇编指令，进行查看该程序生成的对应汇编程序结构，获取各个变量的内存段分配。

// tets.c
#include <stdio.h>static int var_global_static_a = 1;  // 初始化静态全局变量
static int var_global_static_b;      // 未初始化静态全局变量int var_global_a = 1;                // 初始化全局变量
int var_global_b;                    // 未初始化全局变量int main()
{static int var_static_a = 1;    // 初始化静态局部变量static int var_static_b;        // 未初始化静态局部变量int var_a = 1;                  // 初始化局部变量int var_b;                      // 未初始化局部变量return 0;
}

结果如下图所示：

objdump -t test.o

执行结果可知：已初始化的全局变量和静态变量（无论全局还是局部）都是存放于.data 段，而未初始化的静态变量则是存放在.bss 段，未初始化的全局变量存放在 .comment，这个不知道是干嘛的，但其实也是应该是 .bss 类似。而局部变量则并未出现在这里，因为局部变量位于堆栈段，是需要程序执行时进行分配的，所以这个只进行了编译的obj文件中并没有这两个变量的内存分配。

.data	var_global_static_a	初始化全局变量和静态变量
	var_static_a
	var_global_a
.bss	var_global_static_b	未初始化全局变量和静态变量
	var_static_b
	var_global_b （显示是 .COM）
未分配	var_a	局部变量
	var_b

如果全局变量初始化都为 0 呢？结果如下所示，全部都变成了 .bss 段。其实0是全局变量和静态变量的默认初始化值，即如果没有主动初始化而直接使用，则是默认初始化为0 。所以当主动初始化为0时，还是当成没有初始化处理，存放于 .bss 段

3. 堆（heap）和堆栈段（stack）

堆和栈总是一起别人提起，所以这里也放在一起来讲。有个概念需要区分开的，就是堆栈指的就是内存的stack部分，而不是堆和栈，堆是heap。有时候定义数组，因为过大，直接定义成局部变量的话就会爆，但是用 malloc 或者将数组变为全局变量，就不会爆。我们知道这这分别对应着堆栈存储和数据段（堆和静态存储区），那么他们的大小分别是多少呢？

3.1 堆的大小和堆溢出

堆作为数据段的一部分，理论上除去堆栈大小，代码段大小和全局变量静态变量等部分，剩下的都可以作为堆的内存分配范围。所以堆的大小一般比较大，几乎接近计算机内存（+虚拟内存）大小。关于堆溢出，如果持续进行 malloc 而不释放的话，那么就会产生堆溢出，爆堆。

3.2 堆栈大小和栈溢出

关于堆栈的大小，Linux下有个指令可以查看，一般情况下为8-10M。当局部变量大小大于这个数值或者递归层数过多时，进行发生栈溢出。

ulimit -a# ulimit -s //可直接查看堆栈大小

这里显示栈大小8M，可以用程序测试一下，栈的大小到底是否是这么大。测试程序参考 linux下栈空间大小（ulimit）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void test(int i)
{char temp[1024*1024] = {0};printf("%s %d num = %d!\r\n", __FUNCTION__, __LINE__, ++i);test(i);
}int main(void)
{test(0);return 0;
}

测试结果确并未如我上面参考的那个博主的一样，他得出Linux下主线程栈大小比子线程多大概2M的样子，可是我的测试结果都是一样（至少在M级是一样），结果如下：

结果证实了此前查询得出的栈大小为8M 这个事实（因为还有参数传递，和局部变量，所以是肯定到达不了8的）。为了知道我计算机的实际栈大小，以及后续的证实，进行了手动二分来确定栈具体大小（有点傻。。）

理论上堆栈空间8M=8*1024*1024 = 2*1024*1024 = 2097152 个int

还有 .bss区大小的问题没有测试，未完待续，有时间再补充吧。。