Как имена переменных хранятся в памяти в C?

имена переменных больше не существуют после запуска компилятора (за исключением особых случаев, таких как экспортированные глобалы в общих библиотеках или символы отладки). Весь акт компиляции предназначен для того, чтобы взять эти символические имена и алгоритмы, представленные вашим исходным кодом, и превратить их в собственные машинные инструкции. Так что да, если у вас есть глобальный variable_name, а компилятор и компоновщик решают поставить его на 0xaaaaaaaa, то везде, где он используется в коде, он будет просто доступен через это адрес.

Итак, чтобы ответить на ваши буквальные вопросы:

как компилятор распознает, что строка "variable_name" связана с этим конкретным адресом памяти?

toolchain (компилятор и компоновщик) работают вместе, чтобы назначить местоположение памяти для переменной. Задача компилятора-отслеживать все ссылки,и компоновщик позже вставляет правильные адреса.

строка "variable_name" хранится где-то в памяти?

пока компилятор работает.

компилятор просто заменяет variable_name на 0xaaaaaaaa всякий раз, когда он видит его, и если да, не нужно ли ему использовать память, чтобы сделать эту замену?

Да, это в значительной степени то, что происходит, за исключением того, что это двухэтапная работа с компоновщиком. И да, он использует память, но это компилятора память, ничего во время выполнения вашей программы.

пример может помочь вам понять. Давайте попробуем эту программу:

int x = 12;

int main(void)
{
    return x;
}

довольно просто, не так ли? ЛАДНО. Давайте возьмем эту программу, скомпилируем ее и посмотрим на разборку:

$ cc -Wall -Werror -Wextra -O3    example.c   -o example
$ otool -tV example
example:
(__TEXT,__text) section
_main:
0000000100000f60    pushq   %rbp
0000000100000f61    movq    %rsp,%rbp
0000000100000f64    movl    0x00000096(%rip),%eax
0000000100000f6a    popq    %rbp
0000000100000f6b    ret

видно, что movl линии? Он захватывает глобальную переменную (в данном случае относительным образом указателя инструкции). Больше никаких упоминаний о x.

теперь давайте сделаем это немного сложнее и добавить локальная переменная:

int x = 12;

int main(void)
{  
    volatile int y = 4;
    return x + y;
}

разборка для этой программы:

(__TEXT,__text) section
_main:
0000000100000f60    pushq   %rbp
0000000100000f61    movq    %rsp,%rbp
0000000100000f64    movl    x00000004,0xfc(%rbp)
0000000100000f6b    movl    0x0000008f(%rip),%eax
0000000100000f71    addl    0xfc(%rbp),%eax
0000000100000f74    popq    %rbp
0000000100000f75    ret

теперь их два movl инструкции и addl инструкция. Вы можете видеть, что первый movl инициализации y, которые решено будет в стеке (базовый указатель - 4). Затем следующий movl получает глобальные x в реестре eax и addl добавляет y к этому значению. Но, как вы можете видеть, буквальное x и y строки больше не существует. Это были удобства для вы программист, но компьютер, конечно, не заботятся о них во время выполнения.