编译时和运行时分别做了哪些动作

编译时和运行时的内存分配

1. 程序编译时

• 代码段（Text Segment）：存放可执行指令，编译器将源代码编译为机器码并确定其位置。

• 数据段（Data Segment）：存放全局变量和静态变量，编译器分配内存并确定初始值。

• BSS段（Block Started by Symbol）：存放未初始化的全局变量和静态变量，编译器分配内存但不初始化。

2. 程序运行时

• 堆（Heap）：动态分配内存，通过malloc、calloc、realloc等函数在运行时分配，大小不固定。

• 栈（Stack）：存放局部变量和函数调用信息，由编译器自动管理，遵循LIFO原则。

• 内存映射段（Memory Mapping Segment）：用于映射文件或匿名内存，如动态库和mmap分配的内存。

总结

• 编译时：确定代码段、数据段和BSS段的内存布局。

• 运行时：动态管理堆、栈和内存映射段的内存分配。

这些步骤共同确保程序在编译和运行时能正确分配和使用内存。

栈内存的管理是如何实现的？

在C++中，函数调用时的压栈（参数传递、返回地址和局部变量分配）以及栈内存回收是由编译器生成的代码管理的，具体过程如下：

1. 压栈操作

• 编译器生成指令：编译器在编译阶段会插入机器指令，用于在函数调用时将参数、返回地址和局部变量压入栈中。例如：

  • 参数按调用约定（如cdecl、stdcall）压栈（顺序可能不同）。

  • 返回地址（函数执行完后跳转的位置）由call指令自动压栈。

  • 局部变量通过调整栈指针（如sub esp, N）在栈上分配空间。

• 硬件执行：程序运行时，CPU根据这些指令实际修改栈指针（如ESP/RSP），完成内存操作。

2. 栈内存回收

• 自动回收：函数返回时，编译器生成的代码会恢复栈指针（如add esp, N或mov esp, ebp），释放局部变量和参数占用的栈空间。

  • 清理工作可能由调用者或被调用者负责，具体取决于调用约定（例如：cdecl由调用者清理参数，stdcall由被调用者清理）。

• 生命周期管理：栈内存的回收仅通过移动栈指针实现，内存内容不会主动清除，但后续函数调用会覆盖该区域。

3. 编译器与运行时的分工

• 编译器：负责生成正确的压栈和回收指令。

• 运行时：CPU在程序执行期间动态执行这些指令，维护栈指针。

4. 关键特点

• 自动性：无需手动管理，由编译器保证栈的完整性。

• 高效性：栈分配/回收仅需移动指针，速度极快。

• 作用域绑定：局部变量生命周期严格匹配函数作用域。

示例（x86汇编片段）：

; 函数调用时：
push arg1      ; 压入参数（编译器决定顺序）
call func      ; 压入返回地址并跳转

; 函数内部：
push ebp       ; 保存旧栈帧基址
mov ebp, esp   ; 建立新栈帧
sub esp, 16    ; 分配16字节局部变量空间

; 函数返回前：
mov esp, ebp   ; 回收局部变量空间
pop ebp        ; 恢复旧栈帧基址
ret            ; 弹出返回地址并跳转

; 调用者清理参数（cdecl约定）：
add esp, 4     ; 清理压入的arg1

总结

栈内存管理由编译器生成的代码控制，运行时通过调整栈指针自动完成。这是C++高效函数调用的核心机制之一。