2.4　静态变量

2.4.1　什么是静态变量

静态变量是从程序启动到运行结束为止持续存在的变量。因此，静态变量总是在虚拟地址空间上占有固定的区域。

静态变量中有全局变量、文件内 static 变量和指定 static 的局部变量。因为这些变量的有效作用域各不相同，所以编译和连接时具有不同的意义，但是运行的时候它们都是以相似的方式被使用的。

2.4.2　分割编译和连接

在 C 语言中，一个程序可以由多个源代码文件构成，并且这些源代码文件在各自编译之后可以连接起来。这一点对于大规模的编程工作来说，是举足轻重的。难道不是吗？如果 100 个程序员一拥而上，一起捣鼓同一个源代码文件，那真是不可想象。

此外，关于函数和全局变量，如果它们的名称相同，即使它们跨了多个源代码文件也被作为相同的对象来对待。进行这项工作的是一个被称为“链接器”的程序。

2.4　静态变量 - 图1

图 2-4　链接器

为了在链接器中将名称结合起来，各目标代码大多都具备一个符号表（symbol table）（详细内容需要依赖实现细节）。比如在 UNIX 中，可以使用 nm 这样的命令窥视符号表的内容。

不好意思，这里是 UNIX 特有的话题。为了测试，我们使用 cc –c 编译 print_address.c（参照代码清单 2-2），生成 print_addres.o 文件，之后对这个文件使用 nm 命令。在我的环境中，结果输出如下。

  1. > cc -c print_address.c
  2. > nm print_address.o
  3. 00000004 b file_static_variable
  4. 00000000 T func1
  5. 00000000 b func1_static_variable.4
  6. 0000002c T func2
  7. 00000000 t gcc2_compiled.
  8. 00000004 C global_variable
  9. 00000048 T main
  10.          U malloc
  11.          U printf

通过观察输出结果，我们很容易发现符号表中记录了文件内的 static 变量、局部 static 变量这些看上去不需要连接的对象。

如果命名空间不一样，确实不需要和其他文件的符号连接，但是对于静态变量来说，因为必须要给它们分配一些地址，所以符号表中记录了这些变量。可是同时我们也发现全局变量的标记有些特别。与全局变量使用 C 进行标记不同的是：和外部没有连接的符号，无论是局部的还是文件内部的 static 变量，都使用了 b 进行标记。

局部 static 变量 func1_static_variable 的后面被追加了.4 这样的标记，这是因为在同一个.o 文件中，局部 static 变量的名称有可能会发生重复，所以在它后面追加了识别标记。

函数名后面追加了 T 或者 U。如果函数是在当前文件中定义的，就在其函数名后加 T；如果函数定义在当前文件之外，只是在当前文件内部调用此函数，就在此函数后面加 U。

gcc2_compiled.是我们没有见过的符号，你可以把它当成处理环境随意加上的标记，把它放在一边。

链接器就是根据这些信息，给这些到目前为止还只是个“名称”的对象分配地址*。

* 现在对共享库做动态链接变成一件很自然的事，而现实中可没有这么单纯……

请注意自动变量完全没有出现在符号表中。这是因为自动变量的地址是在运行时被决定的，它属于链接器管辖范围以外的对象。关于这一点，我们在下一节阐述。