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c语言为何要避免使用宏_c++常量内存分配

最近几天和同事讨论一个功能的代码时,涉及常量数据的存放,几乎所有.c、.cpp都要使用的常量数据需要放在同一个公共头文件.h中,又考虑到这个.h中的常量后期会增加/删除/改定义顺序等WhatsApp网页版,所以一直在讨论是使用宏定义合适还是使用const定义合适。

c语言为何要避免使用宏_c++常量内存分配 _ 宏定义与const对比

基于这个契机,把我对宏和const的理解与看法跟大家分享一下(大家也可以先阅读我以前写的对比列表《「C++」define、const、constexpr分别有哪些特点?》)。

宏和const的优缺点对比

①使用宏

优点:

缺点:

②使用const定义的常量

优点:

缺点:

const的内存分配方式

全局变量、静态变量、常量的内存分组

#include 
#include 
//#include
//using namespace std;
int a1;
int b1;
int a2=1;
int b2=2;
static int a3;
static int b3;
static int a4=3;
static int b4=4;
const int a5=5;
const int b5=5;
const char * p_str="abc";
int main() 
{
    //全局变量未初始化区
    printf("&a1=%p, &b1=%p \n",&a1,&b1);//&a1=0x40404c, &b1=0x404050 
    //全局变量初始化区
    printf("&a2=%p, &b2=%p \n",&a2,&b2); //&a2=0x404030, &b2=0x404034 
    //静态全局变量未初始化区
    printf("&a3=%p, &b3=%p \n",&a3,&b3);//&a3=0x404054, &b3=0x404058 
    //静态全局变量初始化区
    printf("&a4=%p, &b4=%p \n",&a4,&b4);//&a4=0x404038, &b4=0x40403c 
    
    //const存储数据的位置不和"普通全局变量"在一个内存段
    printf("&a5=%p, &b5=%p \n",&a5,&b5);//&a5=0x402004, &b5=0x402008 
    //常量字符串
    printf("p_str=%p \n",p_str);//p_str=0x40200c 
}

结论:

①c和c++对此代码的内存分类是一样的。

②全局变量未初始化区、静态全局变量未初始化区==>属于“全局未初始化区”段

③全局变量初始化区、静态全局变量初始化区==>属于“全局初始化区”段

④常量数据存储在“全局变量区”的“常量区”段。c语言和c++一些编译器WhatsApp网页版,常整数和常量字符串是放一起的,有一些c++编译器中常整数和常量字符串是分开放的。

⑤“全局未初始化区”和“全局初始化区”、“常量区”都属于一个大的段===>“全局变量区”

const变量内存占用方式

ps:与前面的程序相比,多定义了5个常整数,测试常整数对原有非常量数据地址分配的影响。

#include 
#include 
//#include
//using namespace std;
int a1;
const int c1=1;
int b1;
int a2=1;
const int c2=1;
int b2=2;
static int a3;
const int c3=1;
static int b3;
static int a4=3;
const int c4=1;
static int b4=4;
const int a5=5;
const int c5=1;
const int b5=5;
const char * p_str="abc";
int main() 
{
    int temp = c1;
    const int * p_test = &c3;
    printf("&c5=%p \n",&c5);
    
    //全局变量未初始化区
    printf("&a1=%p, &b1=%p \n",&a1,&b1);
    //全局变量初始化区
    printf("&a2=%p, &b2=%p \n",&a2,&b2);
    //静态全局变量未初始化区
    printf("&a3=%p, &b3=%p \n",&a3,&b3);
    //静态全局变量初始化区
    printf("&a4=%p, &b4=%p \n",&a4,&b4);
    
    //const存储数据的位置不和"普通全局变量"在一个内存段
    printf("&a5=%p, &b5=%p \n",&a5,&b5);
    //常量字符串
    printf("p_str=%p \n",p_str);
}

c语言的输出结果:

&c5=0x402018 
&a1=0x40404c, &b1=0x404050 
&a2=0x404030, &b2=0x404034 
&a3=0x404054, &b3=0x404058 
&a4=0x404038, &b4=0x40403c 
&a5=0x402014, &b5=0x40201c 
p_str=0x402020 

结论:

①常整数对原有非常量数据地址分配没有影响==>第一个程序已经验证出,常量数据和全局数据不在同一个内存段中。

②根据p_str的地址可以看出来,不管代码中是否对常量进行取值/取址操作,c程序都会对每个常量分配内存。

③使用c++编译,发现部分c++编译器与上一条一样,不管代码中是否对常量进行取值/取址操作,c程序都会对每个常量分配内存。

但是在另外的一些编译器中(比如vs2022常量),如果常量数据没有被任何地方使用过或只是取值操作,则不给这些常量分配空间;对于被使用取地址操作的常量,或者使用extern修饰的常量,才会分配对应的空间(详细参考备注代码)。

思考:程序是怎么存储取值使用的那个常量数据的呢?

这是因为程序内部有个符号表,编译时发现有const声明时,就在符号表中放入这个常量。编译代码时发现有使用此常量的地方,则直接以符号表中的值替换。

总结

1.宏和常量各有优缺点,宏并不是一无是处的。

2.常量的内存分配方式跟语言有关(c语言还是c++语言),也和编译器的版本有关。

备注代码

使用vs2022测试结果:

#if 0
#include 
#include 
#else
#include
using namespace std;
#endif
const int a5 = 5;
const int c5 = 1;
int a1;
const int c1 = 1;
int b1;
int a2 = 1;
const int c2 = 1;
int b2 = 2;
static int a3;
const int c3 = 1;
static int b3;
static int a4 = 3;
const int c4 = 1;
static int b4 = 4;
const int b5 = 5;
extern const int bx = 6;
const int b6 = 6;
const int b7 = 7;
const int b8 = 7;
const int b9 = 7;
const char* p_str = "abc";
int main()
{
    const int* p_test = &c3;
    printf("&c5=%p \n", &c5);
    //const存储数据的位置不和"普通全局变量"在一个内存段
    printf("&a5=%p, &b5=%p \n", &a5, &b5);
    printf("&b6=%p \n", &b6);
    int temp = b8;
    printf("&b7=%p, &b9=%p \n", &b7, &b9);
    //全局变量未初始化区
    printf("&a1=%p, &b1=%p \n", &a1, &b1);
    //全局变量初始化区
    printf("&a2=%p, &b2=%p \n", &a2, &b2);
    //静态全局变量未初始化区
    printf("&a3=%p, &b3=%p \n", &a3, &b3);
    //静态全局变量初始化区
    printf("&a4=%p, &b4=%p \n", &a4, &b4);
    //常量字符串
    printf("p_str=%p \n", p_str);
}

测试结果:

&c5=00007FF7198E9FD4
&a5=00007FF7198E9FD0, &b5=00007FF7198E9FDC
&b6=00007FF7198E9FE4
&b7=00007FF7198E9FE8, &b9=00007FF7198E9FEC
&a1=00007FF7198EC190, &b1=00007FF7198EC194
&a2=00007FF7198EC000, &b2=00007FF7198EC004
&a3=00007FF7198EC198, &b3=00007FF7198EC19C
&a4=00007FF7198EC010, &b4=00007FF7198EC014
p_str=00007FF7198E9BBC

b5-a5的地址差是12,除了存放a5的空间外,还有2个int的大小,正好是41、42行使用的取地址的常量占用的地址。

b6-b5的地址差是6WhatsApp网页版,除了存放b5的空间外,还有1个int的大小,正好是30行extern使用的取地址的常量占用的地址。

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