一、C进程内存布局
(1)、了解一个文件所需的Linux命令
(2)、了解程序在电脑上运行的过程
(3)、C进程内存布局（内存条中的虚拟内存）
任何一个程序，正常运行都需要内存资源，用来存放诸如变量、常量、函数代码等等。这些不同的内容，所存储的内存区域是不同的，且不同的区域有不同的特性。因此我们需要研究其内存布局，逐个了解不同内存区域的特性。
每个C语言进程都拥有一片结构相同的虚拟内存，所谓的虚拟内存，就是从实际物理内存映射出来的地址规范范围，最重要的特征是所有的虚拟内存布局都是相同的，极大地方便内核管理不同的进程。例如三个完全不相干的进程p1、p2、p3，它们很显然会占据不同区段的物理内存，但经过系统的变换和映射，它们的虚拟内存的布局是完全一样的。
- PM：Physical Memory，物理内存。
- VM：Virtual Memory，虚拟内存。
将其中一个C语言进程的虚拟内存放大来看，会发现其内部包下区域：
- 栈（stack）
- 堆（heap）
- 数据段
- 代码段
虚拟内存中，内核区段对于应用程序而言是禁闭的，它们用于存放操作系统的关键性代码，另外由于 Linux 系统的历史性原因，在虚拟内存的最底端 0x0 ~ 0x08048000 之间也有一段禁闭的区段，该区段也是不可访问的。
虚拟内存中各个区段的详细内容:
二、栈内存
(1)、什么东西存储在栈内存中？
1、环境变量
--- 比如我们之前配置的cygwin环境，每当编译程序的时候，会将其所需的环境(动静态库文件)一起编译进C进程内存中
2、命令行参数
3、局部变量(即被花括号括起来的变量，都为局部变量)
- 示例代码：
// 普通函数1
void func1(int a, int b) // 函数参数(函数形参：也就是说实际的参数不在此处)
{
// int a = 100; // 相当于在函数整体里面定义了该变量，写上面去是为了承接传过来的参数(实参)
// int b = 200;
}
// 主函数
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 1、环境变量
// 2、命令行参数
// a、命令行参数个数(argc)
printf("命令行参数个数(argc) == %d\n", argc); // 栈区
// b、命令行参数变量的名字(argv)
printf("命令行参数名字分别为 == \n");
for (int i = 0; i < argc; i++)
{
printf("argv[%d] == %s\n", i, argv[i]); // 栈区
}
// 3、局部变量(被花括号{}涵盖住的变量)
// a、普通的局部变量
int num1 = 100; // 栈区
// b、函数的形参
func1(100, 200); // 调用函数，函数实参(100和200)
return 0;
}(2)、栈内存有什么特点？
- 栈空间有限，尤其在嵌入式环境下。因此不可以用来存储尺寸太大的变量。
- 每当一个函数被调用，栈就会向下增长一段，用以存储该函数的局部变量。
- 每当一个函数退出，栈就会向上缩减一段，将该函数的局部变量所占内存归还给系统。
- 注意：
栈内存的分配和释放，都是由系统规定的，我们无法干预。
- 示例代码：
// 普通函数2
void func2(void)
{
char buf[1024*1024*7] = {0};
}
// 普通函数3
void func3(void)
{
char buf[1024*1024*7] = {0};
}
// 主函数
int main(int argc, char const *argv[])
{
// (2)、- 栈空间有限，尤其在嵌入式环境下。因此不可以用来存储尺寸太大的变量。
// char buf[1024*1024*8] = {0};
/*
空间大小单位说明：
1TB== 1024GB==1024*1024MB==1024*1024*1024KB==1024*1024*1024*1024B == 1024*1024*1024*1024*8b
栈空间大小说明：
一般为(2M-10M)，申请的栈区内存如果超过其大小，就会报段错误：Segmentation fault (core dumped)
查询栈空间的大小：
ulimit -s(ubuntu16.04系统栈空间默认为：8192KB == 8M)
修改占空间的大小：
ulimit -s 9000(9000就是你要修改的栈空间的大小);
*/
// (3)、- 每当一个函数被调用，栈就会向下增长一段，用以存储该函数的局部变量。
// - 每当一个函数退出，栈就会向上缩减一段，将该函数的局部变量所占内存归还给系统。
func2();
func3();
return 0;
}三、数据段与代码段
(1)、数据段细分成如下几个区域：
1、.bss (Block Started bySymbol)段： 存放未初始化的静态数据，它们将被系统自动初始化为0
2、.data段：存放已初始化的静态数据
3、.rodata段：存放常量数据
(2)、代码段细分成如下几个区域：
1、.text段：存放用户代码
2、.init段：存放系统初始化代码(执行main函数之前，栈和堆的初始化信息会被先执行)
示例代码：
#include <stdio.h>
// 全局变量(即没有被花括号{}包含的)
int num1; // 数据段中.bss区域
int num3 = 100; // 数据段中.data区域
// 主函数
int main(int argc, char const *argv[])
{
// (1)、代码段：
/*
.text: 用户代码
.inti: 系统初始化堆栈代码
说明：代码段中的.init存放了栈和堆的初始化信息，这些信息会在
执行main函数之前，完成初始化，将其内存从硬盘中加载到内存条中，形成
内存中的堆栈区域
*/
// (2)、数据段：
// 1、.bss (Block Started bySymbol)段： 存放未初始化的静态数据，它们将被系统自动初始化为0
// a、全局变量：但没有初始化的变量(num1)
// b、局部变量：使用static来修饰的(变量也没有初始化)
static int num2;
// 2、.data段：存放已初始化的静态数据
// a、全局变量：已经初始化的变量(num3)
// b、局部变量：使用static来修饰的(变量有初始化)
static int num4 = 200;
// 3、.rodata段：存放常量数据
// 1、整型常量：100(整型int), 200L(长整型long int), 300LL(长长整型long long int), 400ULL(无符号长长整型unsigned long long int)
// 2、浮点型常量：3.14(双精度浮点型), 6.18L(长双精度浮点型)
// 3、字符常量：'a', '8'
// 4、字符串常量："nihao"
// 5、科学计数法常量：e
// 栈区 数据段中rodata段(常量区)
char buf[128] = "woyaoqukankan";
*(buf+0) = 'a'; // 可以的，因为修改的是buf数组里面的内存(已经将常量区的内存复制于此)，而不是常量区的内存
// 栈区 数据段中rodata段(常量区)
char *p = "woyaoqukankan";
*(p+0) = 'a'; // 不可以, 因为p指针只存放地址(这个地址在常量区，所以不能够修改数据)，不存放内存
return 0;
}四、静态数据
C语言中，静态数据有两种：
- 全局变量：定义在函数外部的变量(没有被花括号{}的涵盖)。
- 静态局部变量：定义在函数内部(被花括号{}涵盖)，且被static修饰的变量。
为什么需要静态数据？
- 全局变量在默认的情况下，对所有文件可见，为某些需要在各个不同文件和函数间访问的数据提供操作上的方便。
寻找工程里面的的全局变量和函数(加个extern关键字)图解：
- 当我们希望一个函数退出后依然能保留局部变量的值，以便于下次调用时还能用时，静态局部变量可帮助实现这样的功能。
#include <stdio.h>
int b_func1(void)
{
static int count1 = 0; // 数据段中的data段, 只会初始化一次
static int count2; // 数据段中的bss段
count1++;
return count1;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// (2)、当我们希望一个函数退出后依然能保留局部变量的值，以便于下次调用时还能用时，静态局部变量可帮助实现这样的功能。
b_func1();
b_func1();
int ret = b_func1();
printf("ret = %d\n", ret);
return 0;
}- 注意事项
- 注意1：
- 若定义时未初始化，则系统会将所有的静态数据自动初始化为0
- 静态数据初始化语句，只会执行一遍。
- 静态数据从程序开始运行时便已存在，直到程序退出时才释放。(注意：所以不能够用太多的静态数据)
- 注意2：
- static修饰局部变量：使之由栈内存临时数据，变成了静态数据。
- static修饰全局变量：使之由各文件可见的静态数据，变成了本文件可见的静态数据。
- static修饰函数：使之由各文件可见的函数，变成了只有本文件可见的静态函数。
屏蔽工程里面其它文件来本文件找自己的变量和函数(static)图解：
五、堆内存
堆内存（heap）又被称为动态内存、自由内存，简称堆。堆是唯一可被开发者自定义的区段，开发者可以根据需要申请内存的大小、决定使用的时间长短等。但又由于这是一块系统“飞地”，所有的细节均由开发者自己把握，系统不对此做任何干预，给予开发者绝对的“自由”，但也正因如此，对开发者的内存管理提出了很高的要求。对堆内存的合理使用，几乎是软件开发中的一个永恒的话题。
- 堆内存基本特征：
- 相比栈内存，堆的总大小仅受限于物理内存，在物理内存允许的范围内，系统对堆内存的申请不做限制。(你的内存条越大，系统越放开，那么你能申请的堆内存也就越大)
- 相比栈内存，堆内存从下往上增长。
- 堆内存是匿名的，只能由指针来访问。
- 自定义分配的堆内存，除非开发者主动释放，否则永不释放，直到程序退出。
- 相关API：
- 申请堆内存：malloc() / calloc()
- 清零堆内存：bzero()
- 释放堆内存：free()
- 注意：
- malloc()申请的堆内存，默认情况下是随机值，一般需要用 bzero() 来清零。
- calloc()申请的堆内存，默认情况下是已经清零了的，不需要再清零。
- free()只能释放堆内存，并且只能释放整块堆内存，不能释放别的区段的内存或者释放一部分堆内存。
- 释放堆内存的含义：
- 释放堆内存意味着将堆内存的使用权归还给系统。
- 释放堆内存并不会改变指针的指向。
- 释放堆内存并不会对堆内存做任何修改，更不会将内存清零。
- 示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
// (1)、使用malloc函数申请内存空间
// 1、定义并初始化
char *p_buf = malloc(sizeof(char)*5); // 申请定义个堆空间
/*
一般使用sizeof(数据类型)*数量来确定申请的堆空间大小，因为会更加精准，不浪费空间
也可以使用malloc(100)来申请空间，但是可能会存放浪费空间的现象
*/
bzero(p_buf, sizeof(char)*5); // 通过p_buf指针去到堆空间，将其内存全部清零(malloc申请的空间里面没有初始化，可能有乱码)
// 2、使用
// a、指针样式的赋值操作
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(p_buf+i) = i;
printf("*(p_buf+%d) == %d\n", i, *(p_buf+i));
}
// b、数组样式的赋值操作
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
p_buf[i] = i*10;
printf("p_buf[%d] == %d\n", i, p_buf[i]);
}
// 3、释放堆空间
free(p_buf);
/*
说明：
- 释放堆内存意味着将堆内存的使用权归还给系统。
- 释放堆内存并不会改变指针的指向。
- 释放堆内存并不会对堆内存做任何修改，更不会将内存清零。
*/
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
p_buf[i] = i*5;
printf("p_buf[%d] == %d\n", i, p_buf[i]);
}
// (2)、calloc函数
char *p2_buf = calloc(5, sizeof(char)); // 等同于malloc(sizeof(char)*5);以及已经初始化了
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(p2_buf+i) = i;
printf("*(p2_buf+%d) == %d\n", i, *(p2_buf+i));
}
return 0;
}
至此，希望看完这篇文章的你有所收获，我是Bardb，译音八分贝，道友，下期见！
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