变量存储机制

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他也是转载的，但是他里面的博客有些指的一看

本文转载于：https://www.zhihu.com/question/34266997?from=profile_question_card

 

问题：
      比如 int a = 5

      我知道有一块内存，存了这个值5，a代表了这块内存。就好像给一个盒子起名叫a，这个盒子里装了5，现实中这个名字，也就是a只是存在人脑里的，不是实话的。
另外a，b等字符在计算机里用很小的整数储存，也就是a和65对应。
    我的问题是 a = 5 的时候，有一块内存存了5，也就是这块内存是00000101，但计算机怎么知道这块内存叫a？这个名字a是在哪里储存的？
我的理解是否有一块专门存储变量名的内存，比如根据顺序第x块存了65，这个65又存了00000101的地址？但这样岂不是每个变量都是指针？

解答：

　　变量名不占空间

　　变量：用来标识(identify)一块内存区域，这块区域的值一般是可以更改的，这就是它“变”的由来，但是我们可以通过使用如const等一些修饰符号来限定这一内存区域的操作特性(characteristic)，即变量的操作特性。用const修饰的使变量不能更改的就和常量一样的变量叫做常变量。 
　　变量名：是一个标识符(identifier)，用来指代一块内存区域，即变量，使用变量使我们操作内存以区域(area)，以块(block)为单位，提高了方便性。 
　　你的机器代码中，是不会出现变量名的；变量名是给我们程序员操作内存来使用的。 
　　想想在汇编年代，没有变量名，我们操作内存，都是用地址来直接操作的，还要控制区域大小；当然汇编语言已经有了简单的变量。 
　　对于编译器，它会搜集我们的变量名，比如我们定义了一个全局的int a;那么编译器都为我们做了什么呢？ 
　　它会为程序预留4个字节的空间（假设在32位平台），并把我们的变量名“a”保存进符号表，并用这个符号表的索引对应实际的空间。 
　　如果下面出现b = a;那么它就会根据符号表找到变量的真正的物理位置，取得它的值，赋给b。 
　　这是写编译器需要做的，我们需要建立符号表。 
　　但是实际在汇编层次上，操作的都是地址而已，不存在任何名称了。

　　除了变量名不是内存地址，其他名都是地址。对么？

　　所谓的其他名无非是函数名、标识符常量名、指针名、数组名、结构名、类名等等。 
　　比如指针名、数组名、函数名就是地址，它们分别表示指针所指向元素的地址、数组的首地址和函数的入口地址。 
　　变量名虽然不直接表示地址，但可用取地址符号&来获得它所代表的变量的存放地址。因为在定义变量的同时会分配给它相应的空间。 
　　但类和结构只有事例化时才为它分配空间，从而不能用取地址符号&来获得类名或结构名的地址。

　　变量名是用来标识某个内存块的 
　　地址就是地址啦，如是变量名的话，用取地址运算符&就可以得到它标识的内存块的地址， 
　　而指针变量呢，它本身也是一个变量名，只不过它标识的那块内存存放的是一个地址值

　　变量是地址的别名..就像刚生的小孩,你只知道他在地球上的某个位置,而不能叫出他名字,给你取个名

　　定义int a;时,编译器分配4个字节内存,并命名该4个字节的空间名字为a(即变量名),当用到变量名a时,就是在使用那4个字节的内存空间. 
　　5是一个常数,在程序编译时存放在代码的常量区存放着它的值(就是5),当执行a=5时,程序将5这个常量拷贝到a所在的4个字节空间中,就完成了赋值操作.

　　a是我们对那个整形变量的4个字节取的"名字",
是我们人为给的,实际上计算机并不存储a这个名字,只是我们编程时给那4个字节内存取个名字好用.实际上程序在编译时,所有的a都转换为了那个地址空间了.编译成机器代码后,没有a这个说法了.a这个名字只存在于我们编写的代码中.
　　5不是被随机分配的,而总是位于程序的数据段中,可能在不同的机器上在数据段中的位置可能不一致,它的地址其实不能以我们常用到的内存地址来理解,因为牵扯到一个叫"计算机寻址方式"的问题,所以写很多都解释不清楚,你自己找本汇编语言的书来学一下吧.........

　　C语言中变量只是标识对应存储单元内的存储内容。与地址的对应关系
　　int a=3;
　　a---&a一一对应啊，变量名只是一个便于记忆识别的名称，编译器会将他编译成相应的内存地址的.变量都要占据一定的内存。通过定义该变量的指针， [类型]* 指针名=你要指向的变量名那么该指针中存储的就是你的变量的内存地址。 &你的变量名 这样就可以直接获取到你的变量地址或者定义引用 [类型]& 引用名=变量名该引用可通过变量的地址来对变量进行修改.

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　　变量名是给编译器看的，编译器根据变量是局部还是全局分配内存地址或栈空间，所谓的变量名在内存中不存在，操作时转换成地址数存放在寄存器中了。

　　编译器会将合法的变量名放到一个叫“符号表”的一个表中。
　　每个符号对应一个地址。当你调用此变量时，就会根据此符号表找到对应的地址，然后进行操作。

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　　还没有运行怎么会占用内存呢？！（这一点还要怀疑吗！？） 

　　所谓在编译期间分配空间指的是静态分配空间（相对于用new动态申请空间），如全局变量或静态变量（包括一些复杂类型的常量），它们所需要的空间大小可以明确计算出来，并且不会再改变，因此它们可以直接存放在可执行文件的特定的节里（而且包含初始化的值），程序运行时也是直接将这个节加载到特定的段中，不必在程序运行期间用额外的代码来产生这些变量。

　　其实在运行期间再看“变量”这个概念就不再具备编译期间那么多的属性了（诸如名称，类型，作用域，生存期等等），对应的只是一块内存（只有首址和大小），所以在运行期间动态申请的空间，是需要额外的代码维护，以确保不同变量不会混用内存。比如写new表示有一块内存已经被占用了，其它变量就不能再用它了； 写delete表示这块内存自由了，可以被其它变量使用了。（通常我们都是通过变量来使用内存的，就编码而言变量是给内存块起了个名字，用以区分彼此） 

　　内存申请和释放时机很重要，过早会丢失数据，过迟会耗费内存。特定情况下编译器可以帮我们完成这项复杂的工作（增加额外的代码维护内存空间，实现申请和释放）。从这个意义上讲，局部自动变量也是由编译器负责分配空间的。进一步讲，内存管理用到了我们常常挂在嘴边的堆和栈这两种数据结构。

　　最后对于“编译器分配空间”这种不严谨的说法，你可以理解成编译期间它为你规划好了这些变量的内存使用方案，这个方案写到可执行文件里面了（该文件中包含若干并非出自你大脑衍生的代码），直到程序运行时才真正拿出来执行！

 

 

解答二：

　　我尝试从由底向上来解释题主的疑问，顺便推荐王爽的《汇编语言》，看了前几章题主应该就明白了，了解一点汇编，CPU工作原理和编译知识还是有必要的

　　1.机器语言
　　机器语言是机器指令的集合。电子计算机的机器指令是-列二进制数字。计算机将之转变为一列高低电平，以使计算机的电子器件受到驱动，进行运算。
　　如应用8086CPU 完成运算s=768+12288-1280，机器码如下:
　　101100000000000000000011
　　000001010000000000110000
　　001011010000000000000101
　　每行代表一个指令，我只是搬运工，反正看不懂，现在估计也找不到几个不靠工具看得懂这玩意的人了~
　　[关于变量名]：机器语言中没有变量名的概念，一切操作都是直接对地址进行

　　2.汇编语言
　　早期的程序员们很快就发现了使用机器语言带来的麻烦，它是如此难于辨别和记忆，给整个产业的发展带来了障碍。于是汇编语言产生了。
　　汇编语言与机器语言是每个指令是一一对应的，最终由汇编器把写有汇编语言的文本文件编译成可执行程序。
　　例如：将寄存器BX内的数据到AX中（寄存器是CPU内部的一组存储器，大多数指令都需要先将内存里的数据读入寄存器后才能开始运算。AX，BX是其中两个寄存器的代号）
　　机器指令：1000100111011000
　　汇编指令：mov ax,bx
　　[关于变量名]：汇编语言中就有变量的概念。在编译时由汇编器计算相关变量的偏移或实际地址，在编译出的二进制机器语言中直接使用该地址操作内存。

　　3.C语言
　　程序员们后来发现，用汇编语言写程序还是麻烦，因为它和机器指令意义对应，更加接近CPU的思维，而不是人的思维。于是发明了很多高级语言，C就是其中的一种。
C语言编译的过程，实际上首先通过 “编译器”将C语言翻译成汇编语言，再通过“汇编器”将汇编语言转化成机器代码，对于编译器来讲，将C转化成汇编的时候，不是一一对应的关系，也就是说几行C代码，可能翻译成几十行汇编。而汇编语言指令和机器代码指令，从某种意义来讲，是一个东西，两者是一一对应的关系。
[关于变量名]：C语言中处处是变量，即使是个指针，它自身也是个4字节的变量才能储存一个地址（32位程序）。编译后，有输出文件包括以下两种：

1. 可执行文件（xxxx.exe），一段二进制文件，其中代码段（代码段，数据段啥的也可以百度了解）的机器指令CPU可以直接识别执行。
2. 符号文件（xxxx.pdb），记录了变量和地址的对应信息。仅供调试使用，程序运行时不需要该文件。

　　4.有了前面的介绍，我再来说说题主的问题
　　题主问变量名储存在哪儿，变量名储存的机制是什么？回答如下

1. 程序运行时不需要知道某块内存对应的变量名，它只是按地址直接操作那块内存。
2. C/C++编译器在编译时会计算出变量名对应的地址，在底层所有操作该变量的地方，都使用变量对应的地址参与运算。
3. C/C++编译器还把变量名和地址对应的关系存在一个文件中的，这类文件叫符号文件。但是程序运行时不需要这些文件，没有这些文件程序一样可以正常工作。这些文件只是用来在调试时起作用的。看这份反汇编也就是利用机器语言和汇编语言指令一一对应的关系，把机器语言还原成汇编语言的结果。可以看到，寻址都是通过直接用地址，或则寄存器+偏移量等操作完成的，关于变量名的信息在二进制可执行文件里已经完全没有了。如果在调试时想要恢复这些信息，就需要用到符号文件了。再看下面这份反汇编上图里有move eax,dword ptr [ebp-3C] 这样的指令， 而下图里有move eax,dword ptr [b]。也就是经过符号文件的帮助，在调试时可以把[ebp-3C]这样人看不懂的东西，还原成b这种人看得懂的变量名。在Windows下，符号文件的拓展名为pdb，一般xxxx.pdb这样的文件都是符号文件。如果要说计算机储存了变量名，在汇编/C/C++下应该指的就是这种了。再次强调程序运行时不需要知道某块内存对应的变量名，编译器已经将C语言翻译成二进制的机器语言，机器语言中没有变量名的概念，一切操作都是直接对地址进行，变量名只是保存在另一个与运行无关的文件里供人调试时使用的。
4. 当然上面是针对汇编/C/C++等编译语言说的。如果是Python等解释语言的话，其变量名和内存地址之类的信息解释器（解释器，编译器分不清楚自行百度）里是有相关记录的，具体是什么方式每研究过，Python可以参考《Python源码剖析》一书。
5. 如果题主是想知道编译时a的地址是怎么确定的，变量a及它的地址编译器是储存在一个什么数据结构里之类的话，可以好好看看编译原理，我没研究过