初探编译器static、const之实现原理（转）

转一篇不错的文章，以作学习。。。。。

文章作者：evilknight

信息来源：邪恶八进制信息安全团队（www.eviloctal.com）

编译环境: WinXP sp2 + VC6.0 SP 6

对于许多C/C++初学者，往往知道static变量只是被初始化一次，对于const变量，只知道他的值是不能被修改的,但是对于其实现却不知所有然。这里我以VC6.0 SP6为平台，揭开其编译器实现原理。

下面看一段程序:

引用:
#include <iostream.h>

void fun(int i)

{

static int n = i ;

int *p = &n ;

cout << n << endl ;

++n ;

//

// 等下我们要在这写代码，让static int n

// 每次进这个函数都初始化一次

//

}

int main(void)

{

for (int i(10); i > 0; --i)

{

       fun(i) ;

}

return 0;

}
程序的输出结果是：

引用:
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下面我们调试一下，看下编译器如何实现:

我们在fun函数的第一行设一个断点。static int n = i ;所在行，按F5。

按Alt+6打开Memory。按F10单步执行，当p有值的时候，我们将他的值拖到Memory窗口，这时就会转到n所在的内存地址,可是这时static已经初始化了,我们不知道编译器对他做了什么操作了。这时我们重新开始调试，一般n的内存地址不会变的，还是在那里。

我这里以我这边的地址为例:

引用:
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   ....
我们按F10单步执行一下一条语句(static int n = i ;)

引用:
0042E058   01 00 00 00   ....

0042E05C   0A 00 00 00   ....// n

0042E060   00 00 00 00   ....
执行完这条语句之后，除了n有了初值，上面有内存空间也有了变化。

我们接着按F5直接执行到那个断点处，再单步执行一下，发现这次只是n的值有变化，所以我们猜测上面的那个位可能是static的标志位，如果是0的话，说明没有初始化，如果是1的话，说明已经初始化了，下次再进来的时候就不用初始化了，为了验证我们的猜测，我们现在在函数里面加几句语言，修改那个值。

引用:
void fun(int i)

{

static int n = i ;

int *p = &n ;

cout << n << endl ;

++n ;

//

// 等下我们要在这写代码，让static int n

// 每次进这个函数都初始化一次

--p ;

*p = 0 ;

//

}
写完上面二句，我们执行一下，是不是发现执行结果已经和上面的不同了，每次进函数都会对static int n进行赋初值操作。

下面我们再来看2个static类型的情况，在上面的代码中，我们再加一个 static变量;

引用:
void fun(int i)

{

static int n1 = i ;

static int n2 = i ;

int *p = &n1 ;

cout << n1 << endl ;

++n1 ;

//

// 等下我们要在这写代码，让static int n

// 每次进这个函数都初始化一次

--p ;

*p = 0 ;

//

}
还是继续调戏。

二个static变量初始化之前内存里面的值

引用:
0042E050   00 00 00 00   ....

0042E054   00 00 00 00   ....

0042E058   00 00 00 00   ....

0042E05C   00 00 00 00   .... // n1

0042E060   00 00 00 00   .... // n2

0042E064   00 00 00 00   ....
当执行完static int n1 = i ;语句之后，内存的值变成这样了

引用:
0042E058   01 00 00 00   ....

0042E05C   0A 00 00 00   ....

0042E060   00 00 00 00   ....
接着我们再单步执行

内存的值变成这样。

引用:
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。

上面是对于用变量对 static进行初始化，对于用常量初始化的情况是怎么样的呢？

我们将上面的代码改成:

引用:
#include <iostream.h>

void fun(int i)

{

static int n1 = 0x12345678 ; 

int *p = &n1 ;

cout << *p << endl ;

}

int main(void)

{

for (int i(10); i > 0; --i)

{

       fun(i) ;

}

return 0;

}
当指针取到值之后，我们结束调试。我这里的地址值是0x0042ad64。

好了，我们结束调戏，用winhex打开生成的可执行文件，按Alt+g跳到n的地址，这里要减去0x400000,也就是2ad64。是不是看到我们的初值了。

因为intel使用的是小端法，所以我们看到的值是反过来的。

下面我们再来探索一下const的原理;

下面看一个程序段

引用:
#include <iostream.h>

int main(void)

{

const int n = 1 ;

int *p = (int *)&n ;

*p = 0 ;

cout << n << endl ;

cout << *p << endl ;

return 0;

}
我们执行一下，结果是不是和我们所期望的不同呢，我们在第一行下断点，一条一条的执行。

确认每一步操作是否正确。

当执行到*p = 0的时候我们发现n内存所在的值已经变成0了，但是为什么执行结果令我们大失所望呢？

我们按Alt +8打开汇编窗口。

引用:
7:        cout << n << endl ;

0041161E push        offset @ILT+40(endl) (0040102d)

00411623 push        1

00411625 mov       ecx,offset cout (0042e070)

0041162A call        ostream::operator<< (004012a0)

0041162F mov       ecx,eax

00411631 call        @ILT+30(ostream::operator<<) (00401023)

8:        cout << *p << endl ;

00411636 push        offset @ILT+40(endl) (0040102d)

0041163B mov       edx,dword ptr [ebp-8]

0041163E mov       eax,dword ptr [edx]

00411640 push        eax

00411641 mov       ecx,offset cout (0042e070)

00411646 call        ostream::operator<< (004012a0)

0041164B mov       ecx,eax

0041164D call        @ILT+30(ostream::operator<<) (00401023)
原来编译器将我们的const变量直接用常量给替换掉了！

可能有人会想，那这样为什么还要给const变量分配空间呢，这个留给大家思考吧，或者给你们设计编译器的话，你们也会这样实现的！