进程内存布局与非局部跳转-优快云博客

定义：进程是由内核定义的抽象的实体，并为该实体分配用以执行程序和各项系统资源。从内核角度看，进程由用户内存空间和一系列内核数据结构组成，其中用户内存空间包含了程序代码及代码所使用的变量，而内核数据结构则用于维护进程状态信息。

1、进程内存布局

每个进程所分配的内存由多个部分组成，通常称之为段，主要有以下段：

文本段
文本段包含进程运行的机器语言指令。具有只读属性，防止被意外修改。因为多个进程可以运行同一个程序，因此文本段也是可共享的。
初始化数据段
包含显式初始化的全局变量和静态变量。
未初始化数据段
包含未进行显式初始化的全局变量和静态变量。程序启动之前会将此段所有变量初始化为0。
栈段
栈是一个动态增长和收缩的段，用以支持函数调用，由栈帧组成。系统会为每个当前调用的函数创建一个栈帧，其中存储函数的局部变量，实参和返回值。由高地址向低地址方向增长。
堆
堆是可在运行时动态分配的区域。由低地址向高地址方向增长。

栈和栈帧

一个过程调用包括将数据和控制从代码的一部分传递到另一部分。还必须在进入时为局部变量分配空间，并在退出时释放这些空间。在32位机器上，这些是通过操作栈来实现的。
系统用栈来传递过程参数、存储返回信息、保存寄存器用于以后恢复等。为单个函数调用创建的那部分栈称为栈帧。每次调用函数时，会在栈上新分配一帧，函数返回时再从栈上将此帧移去（移除帧时，栈大小并未改变，而会在新分配帧时重用这部分内存）。

这里写图片描述
假设函数P调用函数Q，则Q的参数放在P的栈帧中。当P调用 Q时，P中的返回地址被压入栈中，形成P的栈帧末尾。返回地址就是当程序从Q返回时应该继续执行的地方。Q的栈帧从保存的帧指针的值开始，后面是保存的其它寄存器的值。

非局部跳转

使用库函数setjmp和longjmp可以执行非局部跳转，即跳转到当前函数之外某个位置。

#include <setjmp.h>

int setjmp(jmp_buf env);初始调用返回0，后续调用返回非0

void longjmp(jmp_buf env, int val);

setjmp的初始调用为后续的longjmp跳转确定了跳转的位置。调用longjmp后，看起来就像第二次调用setjmp返回时完全一样，通过查看setjmp的返回值可以与初始返回区分开。初始调用返回0，后续返回longjmp参数中设置的val值，通过对val参数使用不同的值，能够区分程序中跳转至同一目标的不同起跳位置。
注：如果指定val为0，则longjmp实际会将其替换为1。

参数env将setjmp和longjmp联系起来。setjmp将当前进程环境的各种信息保存到env参数中，调用longjmp时必须指定同一个env变量。因为setjmp和longjmp的调用位于不同函数中，因此通常将env定义为全局变量。

切记longjmp不能跳转到已返回的函数中。

sample code:

#include<iostream>
#include<setjmp.h>

static jmp_buf env;

void func()
{
    std::cout<<"Call func."<<std::endl;
    longjmp(env, 1);
}

int main()
{
    switch(setjmp(env))
    {
    case 0:
        std::cout<<"Initial call of setjmp."<<std::endl;
        func();
        break;
    case 1:
        std::cout<<"Jumped back from func."<<std::endl;
        break;
    default:
        break;
    }
    return 0;
}