c - 静态修饰符在 C 中如何工作？

Question

我试图理解 "static" 修饰符在 C 中是如何工作的，我一直在寻找它的含义，但我发现的一切似乎都有些模糊。

It is a modifier to allow the values of a variable to exist until the end of the program execution.

我理解它的含义和目的，但除了这个定义之外，我想了解它在底层是如何工作的，所以我生成了 C 代码的汇编

char    *thing(char *a)
{
    char *b;

    b = malloc(3);

    b[0] = 'y';
    b[1] = '\0';
    return (b);
}

char    *some(int fd)
{
    static char *a = "happened";
    a = thing(a);
    return (a);
}

我用非静态 a 变量创建了另一个代码并得到了这个

/* With static variable */
    .file   "static_test.c"
    .text
    .globl  thing
    .type   thing, @function
thing:
.LFB6:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    subq    $32, %rsp
    movq    %rdi, -24(%rbp)
    movl    $3, %edi
    call    malloc@PLT
    movq    %rax, -8(%rbp)
    movq    -8(%rbp), %rax
    movb    $121, (%rax)
    movq    -8(%rbp), %rax
    addq    $1, %rax
    movb    $0, (%rax)
    movq    -8(%rbp), %rax
    leave
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE6:
    .size   thing, .-thing
    .globl  some
    .type   some, @function
some:
.LFB7:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    subq    $16, %rsp
    movl    %edi, -4(%rbp)
    movq    a.0(%rip), %rax
    movq    %rax, %rdi
    call    thing
    movq    %rax, a.0(%rip)
    movq    a.0(%rip), %rax
    leave
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE7:
    .size   some, .-some
    .section    .rodata
.LC0:
    .string "happened"
    .section    .data.rel.local,"aw"
    .align 8
    .type   a.0, @object
    .size   a.0, 8
a.0:
    .quad   .LC0
    .ident  "GCC: (GNU) 12.1.0"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

/* no static variable */
    .file   "nostatic_test.c"
    .text
    .globl  thing
    .type   thing, @function
thing:
.LFB6:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    subq    $32, %rsp
    movq    %rdi, -24(%rbp)
    movl    $3, %edi
    call    malloc@PLT
    movq    %rax, -8(%rbp)
    movq    -8(%rbp), %rax
    movb    $121, (%rax)
    movq    -8(%rbp), %rax
    addq    $1, %rax
    movb    $0, (%rax)
    movq    -8(%rbp), %rax
    leave
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE6:
    .size   thing, .-thing
    .section    .rodata
.LC0:
    .string "happened"
    .text
    .globl  some
    .type   some, @function
some:
.LFB7:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    subq    $32, %rsp
    movl    %edi, -20(%rbp)
    leaq    .LC0(%rip), %rax
    movq    %rax, -8(%rbp)
    movq    -8(%rbp), %rax
    movq    %rax, %rdi
    call    thing
    movq    %rax, -8(%rbp)
    movq    -8(%rbp), %rax
    leave
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE7:
    .size   some, .-some
    .ident  "GCC: (GNU) 12.1.0"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

问题是，发生了什么，两个汇编代码之间的区别，以及它在编译时和程序执行时的行为如何。

Answer 1

在静态版本中，您在 .data 部分中保留了一个指针大小的数据，它由程序文件/图像初始化以引用字符串文字(在 .rodata 部分)。这是

a.0:
   .quad   .LC0

在非静态版本中，变量是“自动的”——函数的局部变量，在函数进入时创建，并在函数退出时有效销毁。因为变量在每次调用函数时都存在，所以每次都必须对其进行初始化。在您显示的(未优化的)代码中，这个自动变量存在于堆栈中。 (优化会改进代码。)

静态变量在这种初始化方面可以享受高效，而局部变量则可以享受驻留在 CPU 寄存器中的性能可能性(快速访问且不占用内存)，并且与静态变量相比可能具有递归和线程安全性。

正如您所注意到的，静态变量在函数停止后仍然存在，因为它具有全局存储并且编译器知道如何访问它。相比之下，自动/基于堆栈的变量在从函数返回后丢失——更具体地说，每次调用函数时都会重新创建变量，因此旧副本不再(实际上)可访问。您可以创建一个指向自动变量的指针，但在函数退出后使用/取消引用该指针将是一个逻辑错误。