C++中的全局变量存储在堆栈、堆内存还是两者都不是？

Question

起初我非常确定正确答案应该是“没有一个”，因为全局变量存储在数据内存中，但后来我找到了罗伯特·拉福尔（Robert Lafore）的这本书，名为《C++面向对象编程》，它明确指出，根据C++标准，全局变量存储在堆上。现在我感到非常困惑，无法弄清楚对所提出的问题的正确答案。

为什么全局变量会存储在堆上？我错过了什么吗？

编辑：书籍链接 - 书页205 / Google Drive页231

- Edoardo Meneghini

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“而且它明确指出，根据C++标准，全局变量存储在堆上”，我真的怀疑它是否清楚地表明了这一点。请发表相关文本。 - user2100815

@NeilButterworth 我已经编辑了问题并添加了书籍链接，如果您想在那里查找。无论如何，它说：“如果您熟悉操作系统架构，则可能会有兴趣了解局部变量和函数参数存储在堆栈上，而全局和静态变量存储在堆上。” - Edoardo Meneghini

这本书是错误的。它们并未存储在堆上，而是存储在数据段或.bss段中。 - David G

当然不是真的。C++并没有明确说明它们被存储的位置，但据我所知，没有任何一种实现会将它们存储在堆上。 - user2100815

好的，各位，感谢你们的帮助。那真的让我很困惑。 - Edoardo Meneghini

Answer 1

这里是书上第205页的内容:

如果你熟悉操作系统架构，你可能会对本地变量和函数参数存储在堆栈上，而全局和静态变量存储在堆上感兴趣。

这绝对是书中的错误。首先，应该根据存储持续时间来讨论存储方式，就像C++标准一样：“堆栈”是指自动存储持续时间，而“堆”是指动态存储持续时间。 “堆栈”和“堆”都是分配策略，常用于实现具有各自存储持续时间的对象。

全局变量具有静态存储持续时间。它们存储在与“堆”和“堆栈”不同的区域中。通常，全局常量对象存储在“代码”段中，而非常量全局对象存储在“数据”段中。

- Sergey Kalinichenko

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“栈”和“堆”与存储持续时间有关，但它们不是指这个。栈是一种适用于自动存储持续时间对象的分配策略，而堆则适用于动态存储持续时间对象的分配。当然，对于静态存储持续时间对象，两者都不太适合。 - aschepler

我知道这对于elf格式是有效的，但对于其他格式也有效吗？ - AdrianRK

@AdrianRK 你是指“数据”和“代码”段吗？大多数格式都有类似作用的段，尽管名称通常不同（例如，“代码”段通常称为“文本”段）。 - Sergey Kalinichenko

许多C工具链都有两个全局变量段：一个（在Unix领域传统上称为“数据”）用于具有编译时常量初始化程序的全局变量，另一个（传统上称为“BSS”）用于在运行时初始化的全局变量。可执行文件包含“数据”段中变量的实际初始值，但对于BSS，它只需要说明要使其多大即可。 - Solomon Slow

@DarsenLu 即使是非常量的全局和静态对象（与全局变量相同，但名称可见性较低），也存储在堆栈之外。这就是为什么您的全局变量没有溢出堆栈的原因。 - Sergey Kalinichenko

Answer 2

这本书中相关的引文在第205页：

如果你熟悉操作系统架构，你可能会对以下事实感兴趣：局部变量和函数参数存储在堆栈上，而全局和静态变量存储在堆上。

这是错误的，因为通常全局变量存储在静态内存段，如.data或.bss，并且这些段在程序启动时进行分配，而不是通过例如std::malloc动态分配。

此外，C++标准对堆栈或堆没有任何规定；C++标准只关注存储期限，即对象的存储何时获得和释放。而分配策略是实现在需要时分配存储的方式。以下是这两个概念的对应关系：

存储持续时间	常见分配策略	常见优化
静态存储持续时间 例如全局int， 局部static int等	静态内存段， 例如.data，.rodata，.bss	无内存，仅寄存器 用于全局常量， 特别是constexpr
线程存储持续时间 任何thread_local	TLS（线程本地存储）
自动存储持续时间， 即局部int， 函数参数等	堆栈内存	经常被优化为仅使用寄存器， 特别是对于像int和float这样的小类型
动态存储持续时间， 即通过std::malloc，new等获得的存储	堆内存	如果可能，堆消除， 即使用寄存器代替 (需要强大的编译器， 优化通常无法应用)

当然，我还没有提到的一个常见优化是，如果编译器可以确定任何对象都没有被使用，它也可以完全删除它。 在这种情况下，全局变量不会被存储在任何地方，它只是消失了。

- Jan Schultke