全局变量和局部变量有什么区别？操作系统和编译器是怎么知道的？

八股文_C++基础面试题 0 3

参考回答

全局变量和局部变量的主要区别在于它们的作用域和生命周期：

全局变量：全局变量是在函数外部定义的变量，可以在整个程序中访问。它的作用域是整个文件，甚至可以被其他文件中的代码访问（如果使用 extern 关键字）。全局变量的生命周期从程序开始运行直到程序结束。
局部变量：局部变量是在函数内部定义的变量，只能在定义它的函数或代码块中访问。它的作用域是该函数或代码块。局部变量的生命周期从进入该函数或代码块时开始，到退出时结束。

详细讲解与拓展

全局变量

定义和作用域：全局变量通常在文件的顶部（所有函数外部）定义，它可以被文件中的任何函数访问。如果使用 extern，其他文件也可以访问这个变量。
生命周期：全局变量的生命周期从程序启动时开始，到程序退出时结束。也就是说，程序在运行时，操作系统为全局变量分配内存，直到程序结束才释放。
示例：
```
int globalVar = 10;  // 全局变量

void functionA() {
   globalVar = 20;  // 可以在任何函数中访问和修改全局变量
}

int main() {
   functionA();
   return 0;
}
```
在这个例子中，globalVar 是一个全局变量，它在 main 函数和 functionA 中都能访问。

局部变量

定义和作用域：局部变量在函数内部定义，只能在该函数内部使用。它们对外部不可见，也不会影响其他函数。
生命周期：局部变量的生命周期仅限于函数调用期间。当函数调用时，局部变量被分配内存，当函数返回时，这些内存会被释放。

示例：
```
void functionA() {
   int localVar = 10;  // 局部变量
   // localVar 只能在 functionA 内部使用
}
```
在这个例子中，localVar 只在 functionA 中有效，调用 functionA 时会分配内存，函数返回时内存会被释放。

操作系统和编译器是怎么知道的

操作系统和编译器通过变量的存储位置来区分全局变量和局部变量：

全局变量：全局变量的内存位置通常由操作系统或编译器分配在程序的数据段（Data Segment）中，这个区域会在程序启动时分配，并在程序退出时释放。编译器知道全局变量的作用域是整个程序，因此它会在数据段中为其分配内存。
局部变量：局部变量的内存分配通常在栈（Stack）中完成。栈在函数调用时自动分配内存，函数返回时会自动清理内存。编译器根据函数的定义范围知道哪些变量是局部变量，因此会在栈上为其分配空间。
符号表：在编译过程中，编译器会创建一个符号表，其中记录了所有变量（无论是全局还是局部）的信息。符号表帮助编译器在链接时确定变量的位置以及其作用域。

具体来说，编译器通过符号表将每个变量的作用域、存储类别（如全局或局部）、地址等信息传递给操作系统，而操作系统则根据这些信息进行内存分配。

栈与堆的区别（扩展）
- 局部变量通常分配在栈上，栈空间是由操作系统自动管理的，每次函数调用时都会为局部变量分配空间，当函数返回时，栈空间会自动清除。
- 全局变量通常分配在数据段，这部分内存由操作系统在程序加载时分配，并且它会在整个程序生命周期内保持有效。

总结

全局变量和局部变量的区别主要在于它们的作用域和生命周期：全局变量在整个程序中有效，生命周期从程序开始到结束；而局部变量只在函数或代码块内有效，生命周期随着函数的调用和返回而变化。操作系统和编译器通过符号表以及栈和数据段的管理来知道这些变量的位置，并决定如何分配内存。

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