c - 如何在机器级别或内存级别在编译器中实现变量范围

Question

编译器如何实现变量的范围？我的意思是，当我们说静态变量时，范围仅限于在定义静态变量的同一文件中定义的块或函数？这是如何在机器级别或内存级别实现的？

这个限制实际上是如何实现的？

在程序运行时如何解决这个范围？

Answer 1

在机器级别根本无法实现。编译器在实际生成机器代码之前检查范围。C 的规则是由编译器实现的，而不是由机器实现的。编译器必须检查这些规则，机器不会也不能。

关于编译器如何检查的一个非常简单的解释：

每当引入范围时，编译器都会给它一个名称并将其放入一个结构（树）中，这样可以轻松确定该范围相对于其他范围的位置，并将其标记为当前范围。声明变量时，将其分配给当前范围。访问变量时，会在当前范围内查找。如果未找到，则查找树以查找当前树之上的范围。这一直持续到我们到达最高范围。如果仍然没有找到变量，那么我们就有了范围冲突。

Answer 2

在编译器内部，定义了它的实现。例如，如果我正在编写编译器，我会使用树来定义“范围”，它肯定是二叉树中的符号表。

有些人会使用任意深度的哈希表。它的所有实现都定义了。

Answer 3

我不是 100% 确定我理解你在问什么，但如果你的意思是“静态变量和函数如何存储在最终程序中”，那是实现定义的。

也就是说，存储此类变量和函数的常用方法与任何其他全局符号（以及一些非全局符号）位于相同的位置——不同之处在于这些不是“导出”的，因此在任何外部都不可见代码试图链接到我们的软件。

换句话说，一个包含以下内容的程序：

int var;
static int svar;
int func() { static int func_static; ... }
static int sfunc() { ... }

...在内存中可能有以下布局（假设我们的数据从 开始，0xF000函数在0xFF00）：

0xF000: var
0xF004: svar
0xF008: func.func_static
...
0xFF00: func's data
0xFF40: sfunc's data /* assuming we needed 0x40 bytes for `func`! */

但是，导出列表将仅包含非静态符号，也就是导出的符号：

var   v 0xF000
func  f 0xFF00

再次——注意，虽然静态数据仍被写入文件（它必须存储在某个地方！），但它不会被导出；通俗地说，我们的程序不会告诉任何人它包含svar,sfunc和类似的。

nm在 Unices 中，您可以使用该工具列出库或程序导出的符号： http ://unixhelp.ed.ac.uk/CGI/man-cgi?nm ；确实存在适用于 Windows 的类似工具（GnuWin32 可能有类似的东西）。

在实践中，可执行代码通常与数据分开存储（例如，这样可以防止写入），并且它们都可以重新排序以最大限度地减少内存使用和缓存未命中，但想法保持不变。

当然，可以应用优化——例如，可以在每次调用中内联静态函数，这意味着根本不会为函数本身生成任何代码，因此它不会在任何地方单独存在。