hat sich ergeben:
A.- Die Bezirksanwaltschaft I für den Kanton Zürich stellte mit Verfügungen vom 2. Mai 1997 die Strafuntersuchungen, die sie gegen M._ seit November 1984 wegen VerdachtssexuellerHandlungenmitKinderngeführthatte, infolge Verjährung ein. Sie auferlegte dem Angeschuldigten die gesamten Untersuchungskosten im Betrag von Fr. 55'202. 15, da er die Untersuchungen durch ein verwerfliches Verhalten verursacht habe. M._ verlangte gerichtliche Beurteilung des Kostenentscheids. Mit Verfügung vom 27. August 1997 bejahte der Einzelrichter in Strafsachen des Bezirkes Zürich die Kostenpflicht von M._; mit Rücksicht auf dessen finanzielle Verhältnisse überband er ihm aber die Kosten nur zur Hälfte; die andere Hälfte der Kosten wurde auf die Staatskasse genommen. Eine Entschädigung bzw. Genugtuung wurde M._ nicht zugesprochen. Dieser legte gegen die Verfügung des Einzelrichters Rekurs ein, den das Obergericht des Kantons Zürich mit Beschluss vom 19. August 1998 abwies. Die dagegen erhobene Nichtigkeitsbeschwerde wies das Kassationsgericht des Kantons Zürich am 23. August 1999 ab.
B.- M._ focht den Entscheid des Kassationsgerichts am 29. Oktober 1999 mit einer staatsrechtlichen Beschwerde beim Bundesgericht an.
C.- Die Staatsanwaltschaft, das Obergericht und das Kassationsgericht des Kantons Zürich verzichteten auf eine Vernehmlassung.
D.- Wegen neuer Vorwürfe hatte das Zürcher Obergericht M._ am 30. November 1998 der mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern, der mehrfachen sexuellen Nötigung sowie der unzüchtigen Veröffentlichungen schuldig gesprochen und mit fünf Jahren und zehn Monaten Zuchthaus bestraft. Es schob den Vollzug dieser Strafe auf und ordnete die Verwahrung des Angeklagten an. Gegen das Urteil des Obergerichts reichte M._ sowohl eine kantonale als auch eine eidgenössische Nichtigkeitsbeschwerde ein. Diese Verfahren sind noch hängig.

Das Bundesgericht zieht in Erwägung:
1.- Seit 1. Januar 2000 ist nicht mehr die alte Bundesverfassung der Schweizerischen Eidgenossenschaft vom 29. Mai 1874 (aBV), sondern die neue Bundesverfassung vom 18. April 1999 (BV) in Kraft (AS 1999 2555).
2.- Abgesehen von hier nicht zutreffenden Ausnahmen ist die staatsrechtliche Beschwerde rein kassatorischer Natur (<ref-ruling> E. 1b; <ref-ruling> E. 5a, je mit Hinweisen). Mit der vorliegenden Beschwerde wird sinngemäss die Aufhebung des angefochtenen Beschlusses des Zürcher Kassationsgerichts vom 23. August 1999 verlangt. Soweit darüber hinaus Anträge zur Frage der Kostenauferlegung und zur Haftentschädigungsfrage gestellt werden (S. 31 und 32), ist darauf nicht einzutreten.
3.- Gemäss Art. 90 Abs. 1 lit. b OG muss in einer staatsrechtlichen Beschwerde dargelegt werden, welche verfassungsmässigen Rechte bzw. welche Rechtssätze und inwiefern sie durch den angefochtenen Entscheid verletzt worden sind. Das Bundesgericht prüft nur klar und detailliert erhobene und, soweit möglich, belegte Rügen (<ref-ruling> E. 1c, 492 E. 1b, je mit Hinweisen).
Die vorliegende Beschwerde enthält zu einem grossen Teil eine allgemeine, so genannt appellatorische Kritik, mit der nicht dargelegt wird, inwiefern durch den angefochtenen Beschluss des Kassationsgerichts verfassungsmässige Rechte des Beschwerdeführers verletzt worden wären. Auf diese Kritik kann in einem staatsrechtlichen Beschwerdeverfahren nicht eingetreten werden (<ref-ruling> E. 1b mit Hinweisen).
4.- a) Gemäss § 42 Abs. 1 der Strafprozessordnung des Kantons Zürich (StPO) werden die Kosten einer eingestellten Untersuchung dem Angeschuldigten ganz oder teilweise auferlegt, wenn er die Untersuchung durch ein verwerfliches oder leichtfertiges Benehmen verursacht oder wenn er die Durchführung der Untersuchung erschwert hat. Unter den gleichen Voraussetzungen wird dem Angeschuldigten, dem wesentliche Kosten und Umtriebe erwachsen sind, eine Entschädigung ganz oder teilweise verweigert (<ref-law>).
Die Bezirksanwaltschaft führte in der Einstellungsverfügung aus, der Beschwerdeführer habe jegliche strafrechtlich relevante Handlung zum Nachteil der insgesamt 18 Geschädigten bestritten. Aufgrund der gesamten Aktenlage, insbesondere der Aussagen der einzelnen Knaben, sei indes erstellt, dass er diese oft bei sich zu Hause gehabt, ihnen der Zugang zu seinem Pornomaterial offen gestanden und er sie auch zu sexuellen Handlungen aufgefordert habe. Durch dieses verwerfliche Verhalten habe der Beschwerdeführer die Einleitung der Untersuchung verursacht, weshalb ihm in Anwendung von <ref-law> die gesamten Kosten der Untersuchung aufzuerlegen seien.
b) Der Einzelrichter hielt in seiner Verfügung betreffend die Beurteilung der Kosten- und Entschädigungsfolgen fest, es bestehe kein Anlass, an den glaubhaften Aussagen der Geschädigten zu zweifeln, zumal alle Geschädigten das Vorgehen des Beschwerdeführers in übereinstimmender Weise beschrieben hätten und die Schilderungen teilweise durch die beschlagnahmten Pornofilme und Fotografien gestützt würden. Der Beschwerdeführer habe durch die beschriebenen Handlungen die Persönlichkeitsrechte der Geschädigten verletzt und damit gegen <ref-law> verstossen. Durch dieses verwerfliche Verhalten habe er die Anhebung der Untersuchung sowie deren Ausweitung auf die zahlreichen Geschädigten verursacht, weshalb er nach <ref-law> grundsätzlich kostenpflichtig sei. Mit Rücksicht auf die finanziellen Verhältnisse des Beschwerdeführers rechtfertige es sich, ihn gemäss <ref-law> lediglich mit der Hälfte der angefallenen Kosten zu belasten. Da der Beschwerdeführer grundsätzlich kostenpflichtig sei, könne ihm keine Entschädigung bzw. Genugtuung zugesprochen werden.
Das Obergericht hat auf Rekurs des Beschwerdeführers hin den Entscheid des Einzelrichters geschützt.
5.- a) Der Beschwerdeführer beklagte sich in der gegen den Entscheid des Obergerichts erhobenen Nichtigkeitsbeschwerde über eine Verletzung des rechtlichen Gehörs, weil sich das Obergericht mit verschiedenen, im Rekurs enthaltenen Vorbringen nicht auseinander gesetzt habe.
Das Kassationsgericht erachtete diese Rüge als unbegründet. Es stellte fest, aus dem aus Art. 4 aBV abgeleiteten Anspruch auf rechtliches Gehör folge die Pflicht der Behörden, ihre Entscheide zu begründen. Aus der Begründung müssten sich indes nur die für den Entscheid wesentlichen Gesichtspunkte ergeben. Der Richter müsse sich nicht ausdrücklich mit jeder tatbeständlichen Behauptung und mit jedem rechtlichen Argument auseinander setzen. Es genüge, wenn sich aus den Erwägungen ergebe, welche Vorbringen als begründet und welche - allenfalls stillschweigend - als unbegründet betrachtet worden seien. Über diese Grundsätze gehe auch das kantonale Verfahrensrecht nicht hinaus. Das Kassationsgericht war der Auffassung, der Entscheid des Obergerichts enthalte eine hinreichende Begründung.
b) In der staatsrechtlichen Beschwerde wird eingewendet, es sei dann unzulässig, gewisse Vorbringen allenfalls stillschweigend als unbegründet zu betrachten, wenn es um Fragen gehe, welche die Richter selber nicht beurteilen könnten, weil es ihnen am entsprechenden Wissen fehle. Dies treffe in Bezug auf die Frage des "zivilrechtlich massgebenden Durchschnittsverhaltens für einen Pädophilen" zu. Insoweit hätte deshalb eine ausgewiesene Fachperson beigezogen oder aber "im Zweifel für den Angeklagten das Vorbringen entsprechend (ausdrücklich) gewürdigt werden" müssen.
aa) Die Richter waren durchaus in der Lage, die Frage des "zivilrechtlich massgebenden Durchschnittsverhaltens" zu beurteilen, auch wenn es sich beim Beschwerdeführer nach dessen eigenen Angaben um einen Pädophilen handelt. Im Übrigen hat sich das Kassationsgericht im angefochtenen Entscheid (E. II/1d S. 10 f.) in hinreichender Weise mit den in der Nichtigkeitsbeschwerde enthaltenen Vorbringen zur Frage des "zivilrechtlich massgebenden Durchschnittsverhaltens" befasst. Eine Verletzung der Begründungspflicht liegt nicht vor.
bb) Die oben (E. 5a) angeführten Feststellungen des Kassationsgerichts zu den Anforderungen an die Begründung eines Entscheids sind zutreffend. Das Kassationsgericht verletzte die Verfassung nicht, wenn es zum Schluss gelangte, die Begründung des Rekursentscheids des Obergerichts genüge diesen Anforderungen.
c) Im Weiteren macht der Beschwerdeführer geltend, es bedeute eine Verletzung des rechtlichen Gehörs, dass er keine Möglichkeit gehabt habe, Beweise vorzubringen für die von ihm aufgestellte Behauptung, "die Mehrheit der Pädophilen lebten ihre Veranlagung, ohne jemals Straftaten zu begehen, gerade auch weil sie Gelegenheit" hätten, "sich für Kinder in irgendeiner guten Weise zu engagieren".
Ob diese neue Rüge zulässig ist, kann dahingestellt bleiben. Sie ist klarerweise unbegründet. Die erwähnte Behauptung des Beschwerdeführers betrifft die Frage, ob er eine Straftat begangen habe. Im angefochtenen Entscheid des Kassationsgerichts ging es jedoch nicht um diese Frage, sondern nur darum, ob dem Beschwerdeführer aufgrund von <ref-law> Kosten der eingestellten Strafuntersuchung überbunden werden durften. Es lässt sich ohne Verletzung des Anspruchs auf rechtliches Gehör gemäss Art. 4 aBV bzw. <ref-law> die Auffassung vertreten, es sei kein Beweisverfahren durchzuführen, wenn nur noch über die Kosten- und Entschädigungsfolgen in einem eingestellten Strafverfahren zu entscheiden sei. Im Übrigen ist darauf hinzuweisen, dass der Beschwerdeführer seine Einwendungen gegen die Kostenauflage drei kantonalen Instanzen (Einzelrichter, Obergericht, Kassationsgericht) unterbreiten konnte und mithin ausreichend Gelegenheithatte, seinenStandpunktdarzulegen.
d) Sodann wird in der staatsrechtlichen Beschwerde unter dem Randtitel "Verletzung des rechtlichen Gehörs" beanstandet, dass in den Entscheiden der kantonalen Gerichte von den "Geschädigten" gesprochen werde und dass deren Aussagen als "glaubhaft" bezeichnet würden.
Diese Rügen betreffen nicht den Anspruch auf rechtliches Gehör, sondern beziehen sich auf die materielle Beurteilung und sind dort zu behandeln (vgl. E. 7b u. 7c).
6.- Der Beschwerdeführer erblickt in der Kostenauflage eine Verletzung der Unschuldsvermutung.
a) Nach der Rechtsprechung des Bundesgerichts verstösst eine Kostenauflage bei Einstellung des Strafverfahrens gegen den in Art. 6 Ziff. 2 EMRK enthaltenen Grundsatz der Unschuldsvermutung, wenn dem Angeschuldigten in der Begründung des Entscheids direkt oder indirekt vorgeworfen wird, er habe sich strafbar gemacht bzw. es treffe ihn ein strafrechtliches Verschulden. Dagegen ist es mit Verfassung und Konvention vereinbar, einem nicht verurteilten Angeschuldigten die Kosten zu überbinden, wenn er in zivilrechtlich vorwerfbarer Weise, d.h. im Sinne einer analogen Anwendung der sich aus <ref-law> ergebenden Grundsätze, gegen eine geschriebene oder ungeschriebene Verhaltensnorm klar verstossen und dadurch das Strafverfahren veranlasst oder dessen Durchführung erschwert hat (<ref-ruling> E. 1b; <ref-ruling> ff.).
b) Wird eine Kostenauflage wegen Verletzung des Grundsatzes der Unschuldsvermutung mit staatsrechtlicher Beschwerde angefochten, so prüft das Bundesgericht frei, ob der Text des Kostenentscheids direkt oder indirekt den Vorwurf einer strafrechtlichen Schuld enthält. Nur auf Willkür hin untersucht es dagegen, ob der Angeschuldigte in zivilrechtlich vorwerfbarer Weise gegen eine geschriebene oder ungeschriebene Verhaltensnorm klar verstossen und durch dieses Benehmen das Strafverfahren veranlasst oder dessen Durchführung erschwert hat. Es geht insoweit nicht mehr um den Schutzbereich von Art. 6 Ziff. 2 EMRK, welche Bestimmung den guten Ruf des Angeschuldigten gegen den direkten oder indirekten Vorwurf schützen will, ihn treffe trotz Einstellung des Verfahrens eine strafrechtlich relevante Schuld. Die Voraussetzungen der Kostenauflage werden demgegenüber durch die kantonalen Strafprozessordnungen umschrieben, und in diesem Bereich greift ausschliesslich Art. 4 aBV bzw. <ref-law> Platz, wonach die betreffenden Gesetzesbestimmungen nicht willkürlich angewendet werden dürfen (BGE <ref-ruling> E. 2f, zu Art. 4 aBV, mit Hinweisen).
c) Das Kassationsgericht führte im angefochtenen Entscheid aus, der Einzelrichter habe gestützt auf die "glaubhaften Angaben der Geschädigten" festgehalten, "der Beschwerdeführer habe durch die beschriebenen Handlungen die Persönlichkeitsrechte der Geschädigten verletzt, weshalb sein Verhalten infolge Verstosses gegen <ref-law> widerrechtlich sei".
In der staatsrechtlichen Beschwerde wird vorgebracht, dies sage nichts anderes aus, als dass der Beschwerdeführer "die behaupteten Verbrechen auch tatsächlich begangen" habe, denn nur wenn davon ausgegangen werde, er habe die "Straftaten überhaupt begangen", könne "in diesem Zusammenhang auch von einer zivilrechtlichen Persönlichkeitsverletzung die Rede sein".
Wie dargelegt, verstösst eine Kostenauflage bei Einstellung des Strafverfahrens dann gegen den Grundsatz der Unschuldsvermutung, wenn dem Angeschuldigten in der Begründung des Entscheids direkt oder indirekt vorgeworfen wird, er habe sich strafbar gemacht bzw. es treffe ihn ein strafrechtliches Verschulden. Die vom Kassationsgericht angeführten Überlegungen, mit denen der Einzelrichter die Kostenauflage begründet hatte, enthalten keinen solchen Vorwurf. Es verstösst nicht gegen Art. 6 Ziff. 2 EMRK, die Kostenauflage mit einem fehlerhaften Verhalten des Angeschuldigten zu begründen, das sich sachlich teilweise mit dem Vorwurf deckt, der Gegenstand der strafrechtlichen Anschuldigung gebildet hat (BGE <ref-ruling> E. 2d/bb; <ref-ruling> E. 4b). Wenn der Einzelrichter von den glaubhaften Angaben der Geschädigten sprach, so bedeutete das nur, dass er annahm, der Beschwerdeführer habe sich entsprechend den Schilderungen der Geschädigten verhalten. In keiner Weise wurde damit eine strafrechtliche Würdigung des Verhaltens des Beschwerdeführers vorgenommen oder diesem ein strafrechtliches Verschulden zur Last gelegt. Die kantonalen Gerichte haben nur untersucht, ob der Beschwerdeführer mit seinem Verhalten in zivilrechtlich vorwerfbarer Weise gegen eine Verhaltensnorm verstossen habe. Sie bejahten die Frage, da sie zum Schluss gelangt waren, er habe Persönlichkeitsrechte der Geschädigten verletzt und damit gegen die Verhaltensnorm von <ref-law> verstossen. Gegen den Vorwurf der Verletzung einer zivilrechtlichen Vorschrift bietet die Unschuldsvermutung keinen Schutz. Durch die Erwägungen, mit denen die kantonalen Gerichte die Kostenauflage begründet haben, wurde der Grundsatz der Unschuldsvermutung entgegen der Meinung des Beschwerdeführers nicht verletzt.
7.- Nach der dargelegten Rechtsprechung des Bundesgerichts ist nur unter dem Gesichtspunkt des in Art. 4 aBV bzw. <ref-law> gewährleisteten Willkürverbots zu prüfen, ob der Beschwerdeführer in zivilrechtlich vorwerfbarer Weise gegen die Verhaltensnorm von <ref-law> klar verstossen und dadurch das Strafverfahren verursacht hat.
a) <ref-law> untersagt jede widerrechtliche Verletzung der Persönlichkeit. Widerrechtlich ist eine Persönlichkeitsverletzung, wenn sie nicht durch Einwilligung des Verletzten, durch ein überwiegendes privates oder öffentliches Interesse oder durch Gesetz gerechtfertigt ist (<ref-law>).
Der Einzelrichter ging gestützt auf die glaubhaften Aussagen der Geschädigten davon aus, der Beschwerdeführer habe durch die geschilderten Handlungen die physische und psychische Integrität und damit die Persönlichkeitsrechte der Geschädigten massiv verletzt.
b) Der Beschwerdeführer beanstandet zu Unrecht, dass von den "Geschädigten" gesprochen wird. Nach dem zürcherischen Strafprozessrecht ist Geschädigter der unmittelbar Verletzte, d.h. der Träger des durch die Strafdrohung geschützten Rechtsgutes, gegen das sich die Straftat ihrem Begriff nach richtet (<ref-law>; <ref-ruling> E. 2). Gegen den Beschwerdeführer war eine Strafuntersuchung wegen Verdachts sexueller Handlungen mit Kindern nach <ref-law> geführt worden. Diese Strafnorm schützt die sexuelle Integrität bzw. die ungestörte sexuelle Entwicklung Unmündiger (<ref-ruling> E. 2c/aa). Die Knaben, welche den Beschwerdeführer mit ihren Aussagen belastet hatten, waren Träger des durch <ref-law> geschützten Rechtsgutes und wurden daher mit Grund als Geschädigte bezeichnet. Auch wenn die Strafuntersuchung in der Folge eingestellt wurde, ist nicht zu beanstanden, dass in den Entscheiden über die Kosten- und Entschädigungsfolgen dieser Strafuntersuchung von den Geschädigten gesprochen wird. Damit wird nicht zum Ausdruck gebracht, diese Personen seien in materiell strafrechtlicher Hinsicht als Geschädigte zu betrachten. Seit dem Zeitpunkt der Einstellung des Strafverfahrens gegen den Beschwerdeführer bezieht sich ihre "Geschädigtenstellung" vielmehr ausschliesslich auf zivilrechtliche Aspekte. Mit der Verwendung des Begriffs "Geschädigte" bei der Beurteilung der Kosten- und Entschädigungsfrage ist daher keinerlei strafrechtlich relevanter Schuldvorwurf verbunden.
c) Im Weiteren kritisiert der Beschwerdeführer, dass die Aussagen der Geschädigten "so allgemein" als glaubhaft bezeichnet würden. Er macht geltend, es sei ihm bei einem Teil der Aussagen gelungen, "deren völlige Unrichtigkeit zu beweisen".
Die Kostenauflage darf sich in tatsächlicher Hinsicht nur auf unbestrittene oder bereits klar nachgewiesene Umstände stützen (<ref-ruling> E. 2a). Das Obergericht führte in seinem Rekursentscheid zunächst aus, der Einzelrichter habe sich in tatsächlicher Hinsicht auf klar nachgewiesene Umstände gestützt; er habe aufgrund der gesamten Umstände (weitgehend widerspruchsfreie und glaubhafte Aussagen der Geschädigten, welche durch die beschlagnahmten Pornofilme und Fotografien - zumindest teilweise - bestätigt worden seien) annehmen dürfen, der Beschwerdeführer habe die von den Geschädigten beschriebenen Handlungen zumindest in den Grundzügen begangen. Sodann hielt es im Sinne einer Eventualbegründung fest, selbst wenn man annehmen würde, die Aussagen der Geschädigten seien zu wenig konkret bzw. nicht glaubhaft und könnten demzufolge bei der Kostenauflage nicht berücksichtigt werden, wäre das Verhalten des Beschwerdeführers als Verstoss gegen <ref-law> zu qualifizieren.
Es kann offen bleiben, ob die Auffassung des Obergerichts vertretbar ist, der Einzelrichter habe bei der Kostenauflage auf die "glaubhaften" Aussagen der Geschädigten abstellen dürfen. Auch wenn die Frage zu verneinen wäre, vermöchte dies am Ausgang des bundesgerichtlichen Verfahrens nichts zu ändern, da jedenfalls die Eventualbegründung - wie sich zeigen wird - vor dem Willkürverbot standhält.
d) Das Obergericht war der Ansicht, der Beschwerdeführer habe bereits durch das von ihm selber zugegebene Verhalten die Persönlichkeit der Geschädigten verletzt. Es führte in seinem Entscheid Aussagen des Beschwerdeführers sowie unbestrittene Tatsachen an. Das Obergericht hielt unter anderem fest, der Beschwerdeführer habe zugegeben, dass es zu sexuellen Handlungen mit den Gebrüdern F._ gekommen sei. Bezüglich der Geschädigten P._ und J._ sei unbestritten, dass der Beschwerdeführer den beiden Knaben Zugang zum "Sexual-Archiv der SAP" und zu seinen Pornofilmen verschafft habe. Dasselbe gelte hinsichtlich fünf weiterer Geschädigter, denen der Beschwerdeführer ebenfalls Zugang zu seinen pornographischen Videos verschafft habe. Ferner habe der Beschwerdeführer anerkannt, es sei zu einem Vorfall gekommen, bei dem sich die Geschädigten I._ und G._ mit seiner "erogenen Zone beschäftigten". Auch habe er gegenüber der Polizei erklärt, dass er einmal am Glied von S._ gerieben habe.
Das Obergericht nahm mit Grund an, der Beschwerdeführer habe durch dieses Verhalten die psychische Integrität und damit die Persönlichkeit der Geschädigten verletzt und mithin klar gegen die Verhaltensnorm von <ref-law> verstossen. Sodann konnte es ohne Willkür davon ausgehen, das Verhalten des Beschwerdeführers weiche von dem unter den gegebenen Verhältnissen als angebracht geltenden Durchschnittsverhalten ab und sei daher zivilrechtlich vorwerfbar. Ebenfalls nicht zu beanstanden ist die Überlegung, das Verhalten des Beschwerdeführers sei nach dem gewöhnlichen Lauf der Dinge und der allgemeinen Erfahrung des Lebens geeignet gewesen, den Verdacht einer strafbaren Handlung zu erwecken, weshalb es für die Einleitung der Strafuntersuchung kausal gewesen sei. Das Obergericht verletzte demnach das Willkürverbot nicht, wenn es zum Schluss gelangte, der Einzelrichter habe den Beschwerdeführer zu Recht als grundsätzlich kostenpflichtig erklärt und ihm keine Entschädigung zugesprochen.
e) Was den Umfang der Kostenauferlegung angeht, so stellte das Obergericht in sachlich vertretbarer Weise fest, der Einzelrichter habe den Verhältnissen des Beschwerdeführers bereits gebührend Rechnung getragen, indem er die Hälfte der Kosten auf die Staatskasse genommen habe. Auch in diesem Punkt liegt keine Verletzung der Verfassung vor.
f) Das Kassationsgericht seinerseits handelte nicht verfassungs- oder konventionswidrig, wenn es die vom Beschwerdeführer gegen den Rekursentscheid des Obergerichts erhobene Nichtigkeitsbeschwerde abwies.
Nach dem Gesagten ist die staatsrechtliche Beschwerde abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann.
8.- Da die vorliegende Beschwerde als aussichtslos erschien, ist das Begehren des Beschwerdeführers um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege abzuweisen (Art. 152 Abs. 1 OG). Entsprechend dem Ausgang des bundesgerichtlichen Verfahrens hätte der Beschwerdeführer die Kosten zu tragen (Art. 156 Abs. 1 OG). Mit Rücksicht auf die gesamten Umstände des Falles ist indes von der Erhebung von Kosten abzusehen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.- Die staatsrechtliche Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf eingetreten werden kann.
2.- Das Gesuch um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege wird abgewiesen.
3.- Es werden keine Kosten erhoben.
4.- Dieses Urteil wird dem Beschwerdeführer, der Staatsanwaltschaft, dem Obergericht, III. Strafkammer, und dem Kassationsgericht des Kantons Zürich schriftlich mitgeteilt.
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Lausanne, 29. September 2000
Im Namen der I. öffentlichrechtlichen Abteilung
des SCHWEIZERISCHEN BUNDESGERICHTS
Der Präsident:
Die Gerichtsschreiberin: