C++ 變數的存放位置跟static三個用法

今天上課聽了一些關於變數的存放
以前寫程式時都不會注意這些東西，就姑且把他記下來了



首先看上面這張圖，一個Procress在Runtime期間，都會配置像這樣一塊記憶體規畫
他被分成四大塊：stack、heap、.data、.text，.data也可以再分成(.bss,.data)
然後只有stack跟heap是變動的，其他都是compile時候就固定了

stack

non-static的location variable(區域變數)都放會這邊，他是隨著function call一層一層堆疊，因此每進入一個scope就會疊一層，每離開一個scope就會少一層。
這邊特別標註non-static，因為static變數的話其生命週期(lifetime)會改變，雖然他仍是區域變數，但是他會放到.data的地方。

void f(){
int i;\\nont-static location variable in stack
static int l;\\static location variable in .data
}

heap

這塊區域的記憶體是由user來決定其增減的，他主要存放所有"new"出來的dynamic variable，也就是在runtime期間請求的記憶體，直得一提的是，java所有object都放在heap裡面，這是為了可以讓GC實現。
因為new出來的東西是user請求，他主要回傳一個指標(Pointer)，所以相關回收動作也要由user去做，因為系統不會幫user回收new出來的記憶體。
系統只會去回收stack上的memory，如果不回收這些new出來的記憶體，而又用不到他就會造成memory leak，所以new出來的東西要由user自己去delete。
在此特別提一下，通常delete之後會再讓該指標指向NULL(第0塊位置)，這是為了讓系統可以去回收這塊記憶體。就算記憶體被free掉，指標仍可以指向他。

new跟delete兩大步驟

new

1. Memory allocation：先向heap去規劃一塊記憶體


2. Initialization：初始化，呼叫物件建構子初始那塊記憶體

delete

1. clean up：呼叫解構子清空那塊記憶體


2. free：歸還塊記憶體

其中，那些步驟是可以單獨出現的，譬如說只呼叫解構子而沒有歸還記憶體，所以delete之後還要讓指標指向NULL

.data

這塊區域主要存放Global跟static variable，為了讓lifetime不受scope影響的物件可以被任何地方存取，這塊記憶體會固定且一開始就規劃好。

.text

主要是放程式碼的地方


這邊再舉個有趣的例子

void f(){
int* pa=new int;
}


在這裡要分成兩方面來看，pa是由我們宣告出來的"區域變數"，注意!他仍是location variable
但是奇怪，上面不是說new出來的東西會放在heap。
沒錯我new出來的是放在heap，但是我new的是int而不是pa阿，pa仍是一個區域變數，只是他會指到heap去。

就是這樣，只有new出來的東西會放在heap，他通常是我們指標指向的實體，所以new出來後不去delete就會有一塊垃圾產生在那裏

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static三個用處

static根據在不同的地方會有不同的解釋

在localation時使用：更改變數lifetime

用在區域變數時，他可以改變區域變數的生命週期，讓他不會出了scope即被回收，也就是他不會被放在stack而是放在.data裡面

void f(){
int i;\\nont-static location variable in stack
static int l;\\static location variable in .data
}

在Global時使用：更改變數scope

當他用在全域變數宣告時，他會從global scope變成file scope，也就是只有這個"檔案"可以使用他，其他link的目標檔則無法使用

舉個例子


//Test1.cpp
static int a;
int b;
void main(){
}


Test2.cpp
static int a;
static int c;
void main(){
}


在編譯程可執行檔的時候，會將所需程式或lib變成目標檔(.o)再透過連結器(linker)將他們link起來，才會變成我平常所需的可執行檔，在這邊所說file scope就是指一個.o檔
如上面例子，只有b是全域變數，Test1還是Test2都可以使用這個變數，但是a、c都被static變成了file scope，只有自己檔案看的到，所以不用有變數名稱重複的問題，因為scope不同，Test1看不到也不能用Test2的a，同樣的Test2的a也跟Test1的a不相干。

在Class時使用：讓member是Perclass

當在class的member使用static修飾子的時候代表，這個member是全部的instance都可以share的，大家共用一份，同時class不需要產生instance就可以使用