内存中的static、const实现形式

最近在考虑下半年找工作的事情，看了不少面试题目，其中还是蛮有收获的，把基础好好复习了一遍。比如这个题目，static、const现形式，static和const类型的变量在写程序的时候也写了很多，不过对编译器内部对其实现知之甚少。所以借这次机会好好百度谷歌了一番。

static实现形式

我们都知道，static变量只能初始化一次，这个是怎么实现的呢？小齐的网易博客里面作者写的很清楚： 代码如下：

int main(){
    for (int i(10); i > 0; --i)
    {
        fun(i) ;
    }

    return 0;
}

void fun(int i)
{
    static int n = i ;
    int *p = &n ;
    cout << n << " " ;

    ++n ;   
}

因为static变量只能被初始化一次，所以第12行的初始化语句只会被执行一次，但是以后每次都会执行++n的操作，所以输出的结果是：

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

之后作者在VS下面对上述程序进行了DEBUG调试，发现第一次n被赋值之前内存如下：

0042E058  00 00 00 00  ....

0042E05C  00 00 00 00  .... // 中间这个为n的内存地址

0042E060  00 00 00 00  ....

当初始化语句执行完毕，内存内容如下：

0042E058  01 00 00 00  ....

0042E05C  0A 00 00 00  ....// n

0042E060  00 00 00 00  ....

作者继续执行，当for循环执行的时候，再次对static n初始化的时候，却发现n值不会等于i，而是继续保留原来的值。由此作者推断上面的那个0x01是不是就是标志n已经被初始化的标志位。即当要对n初始化的时候，就会检查上面的0042E058单元中对应的标志位是否是1，若是1，则说明已经初始化，若不是1，则进行初始化。

鉴于此，作者改进了fun函数，如下：

void fun(int i)
{
    static int n = i ;
    int *p = &n ;
    cout << n << endl ;
    ++n ;

    p--;
    *p=0;
}

即每次修改0042E058内容清零，使得可以反复对n初始化，做了上述改动之后，函数执行的结果如下：

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

得到证实了，即即当要对static初始化的时候，就会检查上一单元中对应的标志位是否是1，若是1，则说明已经初始化，若不是1，则进行初始化。

之后作者又做了实验，他设定了两个static变量：

void fun(int i)
{
    static int n1 = i ;
    static int n2 = i ;
    int *p = &n1 ;
    cout << n1 << endl ;
    ++n1 ;

    p--;
    *p=0;
}

观察单元发现，当执行static赋值之前，内存单元内容如下：

0042E058  00 00 00 00  ....

0042E05C  00 00 00 00  .... // n1

0042E060  00 00 00 00  .... // n2

当执行完static int n1 = i 语句之后，内存的值变成这样了:

0042E058  01 00 00 00  ....

0042E05C  0A 00 00 00  ....

0042E060  00 00 00 00  ....

接着我们再单步static int n2 = i，则执行内存的值变成这样：

0042E058  03 00 00 00  ....

0042E05C  0A 00 00 00  ....

0042E060  0A 00 00 00  ....

这样就很明显了，编译器分别用一位来表示一个static变量是否已经始化。

 

const实现形式就比较简单了，作者想使用地址的形式改变const常量的值，可是没有成功，作者查看汇编代码，原来是编译器直接将常量类型的换成对应的数值了。这样在执行的时候直接使用数值替换。

至于const类型的变量，大家知道，在c语言中，下面的语句：

 

const int conVal=10;
int *cPointer=&conVal;

 

是完全可以编译通过的，而且如果后面你通过*cPointer来改变conVal的值，也是大大的可以的，完全没有任何问题，编译器顶多弄一条警告而已。但是如果是在C++编译环境下面的话，再写上面两句话……结果%>_<%啊哦，那是一个错误“invalid conversion from 'const int*' to 'int*' [-fpermissive]|”。这时候如果我们还是想改变他们的值，那该怎么办呢？const_cast就出场了。

const int constant = 21;
const int* const_p = &constant;
int* modifier = const_cast<int*>(const_p);
*modifier = 7;

编译运行成功O(∩_∩)O~。但是问题又来了，

cout << "constant: "<< constant <<endl;//21
cout << "const_p: "<< *const_p <<endl;//7
cout << "modifier: "<< *modifier <<endl;//7

cout << "constant: "<< &constant <<endl;//0x22fef4
cout << "const_p: "<< const_p <<endl;//0x22fef4
cout << "modifier: "<< modifier <<endl;//0x22fef4

等等，这谁能告诉我，到底发生了什么事情？同一个地址的东西，我换个方式读取，值就不一样？不过这也证实了一件事情，在C++确实不愧是多了两个+，constant变量必须是constant的，那就是不变，不论怎么cast，我就是不变。

IBM的C++指南：“*modifier = 7;”为“未定义行为（Undefined Behavior）”。所谓未定义，是说这个语句在标准C++中没有明确的规定，由编译器来决定如何处理。

好吧，这指南都说了，未定义行为，由编译器决定处理方式，那咱就不多说什么了吧。不过上面这种使用方式真的只能是纯属测试行为，我们在实际中用到const_cast一般是有两种情况：

定义了一个const变量，但是却需要把这个变量传递到一个没有const修饰的参数的函数中去：

void aTest(int* a){
    //do something, this will not change the *a
}

int main(){
  const int val=9;
  aTest(const_casr<int *>(&val));
  return 0;
}

定义了一个普通变量，中间是用了const指针，但是现在确又想把它变回来了……

int variable = 21;
const int* const_p2 = &variable;
int* modifier2 = const_cast<int*>(const_p2);
*modifier2 = 7;
cout << "variable:" << variable << endl;

其实对于const变量，是没有运行时检查的，只有在编译器编译的时候才会进行检查。而且在某些情况下，是会直接使用const变量进行替换的，如数组长度等情况。某些同学可能还会问const char* str="abdd"这个语句中，里面的字符串为什么有写保护呢？其实这个嘛，可以理解为这个字符串是放在常量区的，放在一个只读属性的页面上面，所以在改写的时候是会出错的。这个跟前面的const定义是没有关系的，因为就算没有const修饰，这个字符串也是不能修改的。