C程序的存储区及堆与栈区别

最新推荐文章于 2025-06-18 16:41:11 发布

hmxz1024

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分类专栏： C/C++总结文章标签：内存布局堆栈 c语言

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本文详细介绍了C程序的存储结构，包括正文段、初始化数据段、未初始化数据段、堆和栈等内容。同时对比了堆和栈的区别及其各自的特点。

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本文主要介绍两点
1：C程序的存储区
2：堆和栈之间的区别及特点

1：C程序的存储结构

《UNIX高级编程》7.6节介绍了C程序存储区，如下图所示：
这里写图片描述

它分为：（从低地址向高地址依次排列）

1.正文段（text）
2.初始化数据段（data）
3.非初始化数据段（bss）
4.堆（heap）（由图中可以看出，堆是由低地址向高地址生长的）
5.栈（stack）（由图中可以看出，栈是由高地址向低地址生长的）
6.命令行参数和环境变量（command-line arguments and environment variables）

下面对此一一做出介绍：
正文段：也就是.text段。

CPU 执行的机器指令。

父进程和子进程之间可共享正文段。

存在于程序镜像文件中且只读, 由 exec 函数从程序镜像文件中读入内存, 例如在 shell 中正在执行的程序运行正文段的指令。

已初始化的数据：即.data段。

具有明确初始值的全局变量和静态变量

存在于程序镜像文件中，由 exec 函数从程序镜像文件中读入内存

未初始化数据段：即.bss段。

Block Started by Symbol, 即以符号开始的内存块

未初始化的数据可能是全局变量, 静态变量

bss段并不占用可执行程序的镜像的空间，而是在执行时分配内存，并由 exec 函数初始化为0, 例如声明全局数组 int a[100],不会将100个0记录在可执行文件镜像中，而只是记录了标识符a和其所占用的内存大小

变量的大小记录在符号表中，要分配的整个 bss段的大小记录在段表(Section headers)中。

对于全局变量而言，如果已经初始化了，则存放在初始化数据区中，否则就在未初始化数据段中。

堆和栈见下文介绍。

堆与栈之间有界限，其实在堆与栈之间还有一个区域，即共享库区域，比如平时用到的C库函数之类的就在这一个区域中。

命令行参数和环境变量

使程序了解进程环境，在执行时分配内存

在 shell 中执行某个程序(shell 的子进程)时，shell 进程调用 exec函数将命令行参数传递给要执行的程序

2：堆和栈

栈是由编译器自动分配并释放的，而堆是由程序员手动分配和释放的。
首先看以下代码：

int a = 0;                         //全局初始化区
char *p1;                          //全局未初始化区
main()
{
int b;                       //栈
char s[] = "abc";           //栈
char *p2;                   //栈
char *p3 = "123456";       //123456\0在常量区，p3在栈上。
static int c = 0；         //全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);  //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456");     //123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一块。
}

2.1 堆和栈的特点

栈是操作系统提供的功能，特点是快速高效，缺点是对支持的数据有限制，一般是整数，指针，浮点数等系统直接支持的数据类型，并不直接支持其他的数据结构。而堆是函数库提供的功能，特点是灵活方便，数据适应面广泛，但是效率有一定降低。

栈是系统数据结构，对于进程/线程是唯一的；堆是函数库内部数据结构，不一定唯一。不同堆分配的内存无法互相操作。

栈支持静态分配和动态分配两种，静态分配和释放由编译器完成，栈的动态分配无需释放，但栈的动态分配是不被鼓励的。堆的分配和释放都是动态的。

2.2 堆和栈的空间申请

栈空间是由编译器自动分配和释放的。

堆空间是用new运算符或malloc函数申请，对应的释放函数是delete运算符和free函数。

2.3 堆和栈申请内存后的系统响应

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出，栈不够用的情况一般是程序中分配了大量数组和递归函数层次太深。

堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。