C程序内存布局学习总结

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#内存 #布局 #c语言

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C程序的编译过程

由C语言代码（文本文件）形成可执行程序（二进制文件），需要经过编译-汇编-链接三个阶段。编译过程把c语言文本文件生成汇编程序，汇编过程把汇编程序形成二进制机器代码，链接过程则将各个源文件生成的二进制机器代码文件组合成一个文件。

C语言编写的程序经过编译-连接后，将形成一个统一格式的二进制可执行文件，这个格式是一个依照可执行文件格式的，可以被系统识别，并且加载到内存中执行的，它由几个部分组成。在程序运行时又会产生其他几个部分，各个部分代表了不同的存储区域：
这里写图片描述

C程序的内存布局介绍

程序组成

一个程序本质上都是由 BSS 段、data段、text段三个组成的。

BSS段：在采用段式内存管理的架构中，BSS段（bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。
数据段：在采用段式内存管理的架构中，数据段（data segment）通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。
代码段：在采用段式内存管理的架构中，代码段（text segment）通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域属于只读。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。

如下图：
这里写图片描述

.text即为代码段，为只读。
.bss段包含程序中未初始化的全局变量和static变量。
data段包含三个部分：heap(堆)、stack(栈)和静态数据区。

data段介绍

堆（heap）：堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）
栈 (stack)：栈又称堆栈，是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（但不包括static声明的变量，static意味着在数据段中存放变量）。除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲，我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。
静态数据区存放的是程序中已初始化的全局变量、静态变量和常量。

实例学习

int a = 0; //全局初始化区，data段  
　　static int b=20; //全局初始化区，data段  
　　char *p1; //全局未初始化区 .bss段  
　　const int A = 10; //.rodata段  
　　void main(void)  
　　{  
　　int b; //栈  
　　char s[] = "abc"; //栈  
　　char *p2; //栈  
　　static int c = 0; //全局(静态)初始化区 .data段  
　　char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区，p3 在栈上。  
　　p1 = (char*) malloc(10);//分配得来的10和20个字节的区域就在堆区  
　　p2 = (char*) malloc(20);  
　　strcpy(p1, "123456"); //123456\0 在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方  
}

在这里有几点需要注意：
1.
局变量和静态变量的存储是放在一块的，
初始化的全局变量和静态变量在一块区域（RW data），
未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域（BSS）。
程序结束后由系统释放

2.
对于常量我们需要注意的问题在于，他们并不像我们期望的那样存储在常量区(RO data)， 常量区只用于存储初始化好的全局常量以及字符串变量本身（不是指针）

局部常量作为局部量仍然存储与栈中
因为常量区与代码段是在一起的（在有些段分类结果中，是不存在常量区的，常量区和代码段合成为代码区）

而本身来说常量只是限制了其读写权限，这种读写权限的限制可以在编译阶段由编译器进行制定和限制，

这样在严格的编译器审查结果下，运行阶段的代码就不存在对常量的读写操作，因此就没必要将其他局部常量也存储在常量区否则将造成代码段的臃肿。

数据存储类别

讨论C/C++中的内存布局，不得不提的是数据的存储类别！数据在内存中的位置取决于它的存储类别。一个对象是内存的一个位置，解析这个对象依赖于两个属性：存储类别、数据类型。

① 存储类别决定对象在内存中的生命周期。
② 数据类型决定对象值的意义，在内存中占多大空间。

C/C++中由（auto、 extern、 register、 static）存储类别和对象声明的上下文决定它的存储类别。

自动对象（automatic objects）

auto和register将声明的对象指定为自动存储类别。他们的作用域是局部的，诸如一个函数内，一个代码块{*}内等。操作了作用域，对象会被销毁。

在一个代码块中声明一个对象，如果没有执行auto，那么默认是自动存储类别。
声明为register的对象是自动存储类别，存储在计算机的快速寄存器中。不可以对register对象做取值操作“&”。

静态对象（static objects）

    静态对象可以局部的，也可以是全局的。静态对象一直保持它的值，例如进入一个函数，函数中的静态对象仍保持上次调用时的值。包含静态对象的函数不是线程安全的、不可重入的，正是因为它具有“记忆”功能。
    局部对象声明为静态之后，将改变它在内存中保存的位置，由动态数据--->静态数据，即从堆或栈变为数据段或bbs段。
    全局对象声明为静态之后，而不会改变它在内存中保存的位置，仍然是在数据段或bbs段。但是static将改变它的作用域，即该对象仅在本源文件有效。此相反的关键字是extern，使用extern修饰或者什么都不带的全局对象的作用域是整个程序。