基础、存储期与内存

局部变量、全局变量与静态局部变量

应从 作用域（名字可见范围）、存储期（对象生存期） 和 链接属性（跨编译单元可见性） 三个维度理解。

类型	典型声明位置	作用域	存储期	常见存放区域
自动局部变量	函数/代码块内	当前块	进入块时创建，离开时销毁	通常在栈帧，优化后可能在寄存器
全局变量	命名空间作用域	声明后的相应作用域	静态存储期，程序开始/结束附近构造析构	data/BSS 等静态区域
静态局部变量	函数/代码块内加 static	当前块	静态存储期，只初始化一次	静态区域

int global_count = 1;       // 全局对象：静态存储期

int next_id() {
    static int id = 0;      // 仅该函数可见，但整个程序期间存在
    return ++id;
}

• 未显式初始化的静态存储期对象会先零初始化；自动局部基础类型若未初始化，其值通常是不确定的。
• C++11 起，函数内静态变量的初始化由语言保证线程安全；但之后对该变量的并发读写仍需自行同步。
• 非局部静态对象跨编译单元的初始化顺序可能有问题（static initialization order fiasco）；按需构造的函数内静态对象常用于规避。

static 的常见含义

static 的意义随上下文改变：

1. 局部变量：延长到静态存储期，同时保持块作用域；
2. 命名空间作用域变量/函数：内部链接，只在当前翻译单元可见（现代 C++ 常优先用匿名命名空间）；
3. 类静态数据成员：属于类而非某个对象，所有实例共享；
4. 类静态成员函数：没有 this 指针，只能直接访问静态成员，可通过 Class::func() 调用。

const 的作用

const 表示通过该名字/访问路径不可修改：

• const int value = 42;：对象不可经 value 修改；
• void print(const Widget& w);：承诺不经该引用修改对象；
• int size() const;：成员函数不能修改对象的非 mutable 成员；
• 配合指针限定“指向的数据”和“指针自身”是否可变，详见下一篇。

const 不等于绝对线程安全：不可变对象通常更易安全共享，但若对象包含 mutable 状态、指向可变外部数据或发生未同步发布，仍可能有并发问题。

常见程序内存区域

教材常将进程映像概括为代码段、只读数据段、已初始化数据段、BSS、堆和栈。它有助于理解，但标准 C++ 不规定具体地址布局；实际布局会受操作系统、ABI、ASLR、优化和分配器影响。

.bss 为什么能节省可执行文件体积

零初始化的全局/静态对象通常位于 .bss，例如：

int huge_buffer[10'000'000]; // 通常位于 .bss

链接器不必把一千万个 0 真正写入可执行文件，只需记录 .bss 所需的大小；程序加载时，操作系统再为它提供零初始化的内存页。因此 .bss 可以让运行时占用很大内存的零初始化数据不显著增大可执行文件。相对地，含有非零初始值的数据通常需要把初值写入文件，常位于 .data。

核心原则是对象的存储期和所有权：自动对象由作用域销毁，动态对象由 delete 或 RAII 所有者销毁，静态对象由运行时在程序结束附近清理。

函数调用栈与递归

每次函数调用通常会创建一个栈帧（stack frame），保存该调用恢复执行所需的信息，例如返回地址、参数、自动局部变量以及部分被保存的寄存器状态。具体布局由 CPU 架构、ABI、编译器和优化选项决定，并非 C++ 标准固定规定。

以阶乘递归为例：

int factorial(int n) {
    if (n == 1) return 1;
    int sub = factorial(n - 1);
    return n * sub;
}

调用 factorial(3) 时，调用栈的变化可简化为：

压栈：main → factorial(3) → factorial(2) → factorial(1)
出栈：factorial(1) 返回 1
      factorial(2) 恢复，计算 2 * 1，返回 2
      factorial(3) 恢复，计算 3 * 2，返回 6
      main 获得结果

每一层递归都必须保留自己的 n 与“递归调用返回后还要继续执行什么”。例如 factorial(3) 必须等待 factorial(2) 的结果，才能完成 3 * sub；因此递归额外空间通常与最大递归深度成正比，即 O(depth)。

递归应有可达的终止条件；深度过大或无限递归会耗尽线程栈并导致栈溢出。编译器有时会内联函数，或对满足条件的尾递归进行尾调用优化，减少额外栈帧；但不能依赖所有编译器和所有构建配置都会进行此优化。