汇编中存储的静态值在哪里

Question

这是一个简单的 C 代码

#include <stdio.h>

int a = 5;

static int b = 20;

int main(){

 int c = 30;

 return 0;
}

编译后没有优化：

    .section    __TEXT,__text,regular,pure_instructions
    .macosx_version_min 10, 13
    .globl  _main                   ## -- Begin function main
    .p2align    4, 0x90
_main:                                  ## @main
    .cfi_startproc
## %bb.0:
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    xorl    %eax, %eax
    movl    $0, -4(%rbp)
    movl    $30, -8(%rbp)
    popq    %rbp
    retq
    .cfi_endproc
                                        ## -- End function
    .section    __DATA,__data
    .globl  _a                      ## @a
    .p2align    2
_a:
    .long   5                       ## 0x5

我的问题是static int b = 20; 在上面的程序集中在哪里？ 我知道它们应该在内存的全局部分，但我在编译版本中找不到它。

Answer 1

如果static 变量没有被编译器优化，它将进入进程的默认数据部分。

在汇编中，通常可以由程序员在指定用于描述数据部分的文件部分中控制。

C 标准在 § 6.2.4 第 3 段中说：

其标识符被声明为 ... 且存储类说明符为 static 的对象具有静态存储持续时间。它的生命周期是程序的整个执行过程，它的存储值只在程序启动之前初始化一次。

使用以下代码：

static int a = 100;

int foo()
{
    return (a / 2);
}

看看_a 符号在MSVC 的_DATA 段中是如何出现的，GCC 的第 27-30 行和Clang 的第 28-30 行。

Answer 2

您的代码没有使用b，它是文件范围的，因此其他文件中的任何内容都不能使用它。 GCC 不会费心为它发出定义。

回答标题问题：
带有非零初始化器的非const 静态/全局变量（即静态存储类）变量将进入.section .data，而不是.bss（零初始化可变）或.rdata（Windows） /.rodata (Linux) 用于非零只读数据。

---

gcc 没有完全脑死模式，可以天真地转写为 asm。 请参阅 Disable all optimization options in GCC - GCC 始终必须通过其内部表示进行转换。

即使在-O0 处，GCC 也总是会忽略未使用的内容。 可能有一种方法可以禁用它，这与 gcc 甚至在 -O0 上所做的其他一些转换不同。

gcc 和 clang -O0 将每个语句编译成一个单独的 asm 块，用于存储/重新加载所有内容 (for consistent debugging)，但在该块中 gcc 仍然应用其标准转换，例如 (x+y) < x 变为 y<0 用于签名x 和 y with gcc8 and newer 或 x / 10 转换为高半部分的乘法 + 移位。 (Why does GCC use multiplication by a strange number in implementing integer division?)。

if(false) 中的代码即使在-O0 也被 gcc 删除，因此您不能在 GDB 中使用jump。

有些人关心调试版本的运行时性能，尤其是实时软件（如游戏或操作系统）的开发人员，如果运行速度太慢，则无法正确测试。 （游戏中的人机交互，或者操作系统中的设备驱动程序。）

---

其他一些编译器在 -O0 上更脑残，所以你经常会看到看起来更像源表达式的 asm。我想我已经看到没有优化的 MSVC 发出指令，将 mov-immediate 放入寄存器，然后 cmp reg,imm，即在运行时执行仅依赖于立即数的分支，因此可以在编译时简单地计算那个表情。

当然还有真正的非优化编译器，其全部目标只是用固定模式进行音译。例如，我认为Tiny C Compiler 几乎是一次性的，并且在执行过程中会发出 asm（或机器代码）。请参阅 Tiny C Compiler's generated code emits extra (unnecessary?) NOPs and JMPs 显示它是多么简单：它总是在函数序言中发出 sub esp, imm32 ，并且只有在知道函数需要多少堆栈后才回来填充函数末尾的立即数。即使答案是零，也无法将其删除并收紧代码。

---

无论如何，查看优化的 asm 通常会更有趣。编写接受 args 并返回值的函数，这样您就可以看到 asm 中有趣的部分，而无需大量样板和存储/重新加载噪音。 How to remove "noise" from GCC/clang assembly output?

Answer 3

静态变量不存储在内存中。它们只会在使用时出现 例如

静态int b = 20; c = c + b;

会编译

加 c, '20'

Answer 4

整个问题有点不准确......（重读它，您实际上对“在上面的程序集中”非常具体......哦，那么答案是“无处”......我的其余答案是对于未发布的问题，但希望能解释为什么“无处”是您问题的答案）。

您有 C 源代码，然后将一些程序集显示为编译器输出（但您没有指定编译器），然后您询问有关程序集...

C 是在“C 抽象机”上定义的，而您正在查看此类抽象机的特定 x86-64 实现。

虽然该实现确实有一些静态变量通常结束的规则，但它完全取决于编译器 - 它希望如何实现它们。

在纯汇编中（如手写，或从 CPU 的角度来看）没有“静态值”之类的东西。您只有寄存器、内存和外围设备。

所以在汇编（机器代码）中，您可以使用某些寄存器或内存的某些部分作为静态变量。哪个更适合您的需求（没有硬性规则会强制您以任何特定方式执行此操作，除非您必须在目标 CPU 的有效机器代码中表达您的想法，但这通常意味着有数十亿种可能性，甚至当将自己限制在“合理”的范围内，它仍然更倾向于数十种可能的方式，而不仅仅是单一的）。

您甚至可以（在 x86-64 中）创建一个有点复杂的方案，如何将值保持为代码状态（“部分内存”是机器代码占用的内存），即它不会直接写入在内存中作为一个值，但代码将遵循某些代码路径（从许多可能）获得正确的最终结果，即在代码本身中编码值。例如，图灵完备的方法是如何仅使用 mov 指令将 C 源代码编译为 x86-64 机器代码，这可能不会将内存用于静态变量（不确定，是否添加 .data 部分或通过也将它编译成mov 代码，但从它的存在来看，.data 理论上是如何避免的应该是很明显的）。

因此，您要么询问具有特定编译时间选项的特定 C 编译器如何实现静态值（根据所使用的源和选项，可能会有一些变体）...

...或者如果您真的在问“静态值存储在程序集中的什么位置”，那么答案是“只要您的机器代码有效且正确，就可以在任何地方” ，因为整个“静态值”概念比 CPU 运行的级别更高，所以它就像对特定机器代码目的的解释“那是静态值”，但 CPU 中没有特定的指令/支持来处理它。