C++中的全局变量内存分配

Question

我有这个测试代码：

#include <thread>
#include <cstdint>
#include <cstdlib>

int32_t global_buffer[1024][1024][256];

int main()
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));

    for (size_t i = 0; i < 1024; ++i)
        for (size_t j = 0; j < 1024; ++j)
        for (size_t k = 0; k < 256; ++k)
                global_buffer[i][j][k] = rand();

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));

    int32_t* heap_buffer = new int32_t[1024 * 1024 * 256];
    for (size_t i = 0; i < 1024 * 1024 * 256; ++i)
        heap_buffer[i] = rand();

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));

    delete[] heap_buffer;

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
}

如果我在 Windows 7 上运行使用 VS2013 在 32 位上编译的程序，我有以下内存行为：

1. 内存使用率非常低，前约 5 秒数 KB
2. 内存使用量会随着时间的推移而增加，直到达到 ~1 GB
3. 内存使用量在 5 秒内保持约 1 GB
4. 内存使用量跃升至约 2 GB 并保持约 5 秒
5. 内存使用量跃升至 ~1 GB

由于我不明白为什么会发生 1. 和 2. 我有几个问题：

1. 为什么程序不以 ~1 GB 内存使用量启动？
2. 是否为全局变量按需分配内存？
3. 这是 VS/Windows 特有的行为还是其他编译器/操作系统具有相同的行为？
4. 这种行为正确吗？标准说：

3.7.1 静态存储时长

所有没有动态存储持续时间的变量，没有 线程存储时长，并且不是本地有静态存储 期间。这些实体的存储将持续一段时间 程序的

3.6.2 非局部变量的初始化

1. 有两大类命名的非局部变量：具有静态存储持续时间 (3.7.1) 的和具有线程存储的 持续时间（3.7.2）。具有静态存储持续时间的非局部变量是 初始化作为程序启动的结果。非本地 具有线程存储持续时间的变量被初始化为 线程执行的结果。在这些阶段的每一个中 初始化，初始化发生如下。

2. 具有静态存储持续时间 (3.7.1) 或线程存储持续时间 (3.7.2) 的变量应在任何其他变量之前进行零初始化 (8.5) 初始化发生。

Answer 1

是否为全局变量按需分配内存？

链接器仅在二进制文件中存储初始化数据。具有静态存储持续时间的未初始化数据的空间由运行时链接器在运行时分配，即使这样，物理内存也仅在您开始访问该数据时才提交。详情请见data segment。