“在编译时分配的内存”到底是什么意思？

Question

在 C 和 C++ 等编程语言中，人们经常提到静态和动态内存分配。我理解这个概念，但是“在编译期间分配（保留）所有内存”这句话总是让我感到困惑。

据我了解，编译将高级 C/C++ 代码转换为机器语言并输出可执行文件。如何在编译文件中“分配”内存？内存不是总是与所有虚拟内存管理的东西一起分配在 RAM 中吗？

根据定义，内存分配不是运行时概念吗？

如果我在我的 C/C++ 代码中创建一个 1KB 的静态分配变量，这是否会使可执行文件的大小增加相同的数量？

这是在“静态分配”标题下使用该短语的页面之一。

回归基础：内存分配，回顾历史

原文由 Talha Sayed 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

在编译时分配的内存意味着编译器在编译时解析，其中某些东西将在进程内存映射中分配。

例如，考虑一个全局数组：

 int array[100];

编译器在编译时知道数组的大小和 int 的大小，因此它在编译时知道数组的整个大小。此外，默认情况下，全局变量具有静态存储持续时间：它分配在进程内存空间的静态内存区域（.data/.bss 部分）中。鉴于该信息， 编译器在编译期间决定该数组将位于该静态内存区域的哪个地址。

当然，内存地址是虚拟地址。该程序假定它拥有自己的整个内存空间（例如从 0x00000000 到 0xFFFFFFFF）。这就是为什么编译器可以做出诸如“好的，数组将位于地址 0x00A33211”之类的假设。在运行时，MMU 和 OS 将地址转换为实际/硬件地址。

值初始化静态存储的东西有点不同。例如：

 int array[] = { 1 , 2 , 3 , 4 };

在我们的第一个示例中，编译器仅决定数组的分配位置，并将该信息存储在可执行文件中。

在值初始化的情况下，编译器还将数组的初始值注入可执行文件，并添加代码告诉程序加载器在程序启动时分配数组后，应该用这些值填充数组。

以下是编译器生成的程序集的两个示例（GCC4.8.1 with x86 target）：

C++ 代码：

 int a[4];
int b[] = { 1 , 2 , 3 , 4 };

int main()
{}

输出组件：

 a:
    .zero   16
b:
    .long   1
    .long   2
    .long   3
    .long   4
main:
    pushq   %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    movl    $0, %eax
    popq    %rbp
    ret

如您所见，这些值直接注入到程序集中。在数组 a 中，编译器生成一个 16 字节的零初始化，因为标准规定静态存储的东西应该默认初始化为零：

8.5.9（初始化器）[注意]：

在任何其他初始化发生之前，在程序启动时，每个静态存储持续时间的对象都被初始化为零。在某些情况下，稍后会进行额外的初始化。

我总是建议人们反汇编他们的代码，看看编译器对 C++ 代码的真正作用。这适用于存储类/持续时间（如这个问题）到高级编译器优化。您可以指示您的编译器生成程序集，但是 Internet 上有很多很棒的工具可以以友好的方式执行此操作。我最喜欢的是 GCC Explorer 。

原文由 Manu343726 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议

Answer 2

分享我对这个问题的了解。

你可以分两步理解这个问题：

• 一、编译步骤： compiler 生成二进制。在Linux系统中，二进制是 ELF (Executable and Linkable Format) 格式的文件。 ELF 文件包含几个部分，包括 .bss 和 .data

 .data
Initialized data, with read/write access rights

.bss
Uninitialized data, with read/write access rights (=WA)

.data 和 .bss 只是映射到进程的内存布局段，其中包含静态变量。

• 第二，加载步骤。当二进制文件被执行时， ELF 文件将被加载到进程的内存中。加载器可以从 ELF 文件中找到静态变量的信息。

简单来说，编译器和加载器遵循相同的标准相互通信，标准是ELF格式。

原文由 Chris Bao 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议