Memory layout

本文详细介绍了程序内存布局的五个主要部分:TextSegment、InitializedDataSegment、UninitializedDataSegment、Stack和Heap。解释了各部分的功能及存储内容,并通过实例帮助理解。

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  • Text Segment

      Text Segment,通常也被称为代码段。

      为了防止 heap 或是 stack 的溢出,text 段常被安排在 heap 或是 stack 之后。

      Text 段通常是sharable 的, 所以对于使用频次比较高的程序,在内存中一般只有一份拷贝。另外,Text 段也常常只是 read-only 的,其目的是防止其中存放的指令被意外的修改。

  • Initialized Data Segment

      Initialized Data Segment 通常被称作数据段,这里存放着在源代码中已经被初始化的全局变量和静态变量。

      需要注意的是,数据段并不一定是 read-only 的,因为这里存放的变量,它们的值在程序运行期间是可以修改的。

      例如:

      char s[] = “hello world”;

      int debug = 1;

      int main (void)

      {

          return 0;

      }

      其中的 s 和 debug 变量是存放在 read-write 数据区。

      再看一个例子:

      char * string = “hello world”

      其中的 “hello world” 是存放于 read-only 数据区的,而指针变量 string 则是存放于 read-write 数据区。

  • Uninitialized Data Segment

      Uninitialized Data Segment,通常被称为 bss 段, 其名称来源于早期的表示 block started by symbol 的汇编操作符。在程序开始运行之前,由内核将存放于此数据段的数据初始化为0.

      在程序中被初始化为 0 的、以及未给出明确初始值的全局变量和静态变量,被放置于此。

  • Stack

      Stack 被翻译为,其中的数据遵循后入先出(LIFO)原则。

      局部变量,发生函数调用时 cpu 通用寄存器的值,被存储于栈中。

  • Heap

      Heap 的中文名称为,程序员动态 malloc/free 申请与释放的内存,即位于堆中。

 

      下面通过 size(1) 命令对以上内容进行验证。

1. 2017-09-06_16-04-20

 

2. 2017-09-07_13-18-56

 

3.2017-09-07_13-20-43

 

4.2017-09-07_13-22-42

5.2017-09-07_13-25-04

6.2017-09-07_13-26-53

 

7.2017-09-07_13-32-09

 

参考文献:

http://www.geeksforgeeks.org/memory-layout-of-c-program/

转载于:https://www.cnblogs.com/outs/p/7494236.html

<think>嗯,用户之前问过MIPS中的叶指令,现在又问MIPS的内存布局和栈上的局部数据。看起来用户可能在学MIPS汇编,或者在做相关的项目。需要先确认用户的需求,可能他们需要理解程序在MIPS中是如何管理内存的,特别是函数调用时局部变量的存储。 首先,用户提到了“memory layout”和“local data on the stack”。我需要先解释MIPS的内存布局,包括不同段的作用,比如text、data、stack、heap等。然后重点放在栈上局部数据的存储,这部分可能涉及函数调用时的栈帧结构,如何保存寄存器和局部变量。 用户之前的问题关于叶函数,所以可能需要联系到栈的使用在叶函数和非叶函数中的区别。比如,叶函数可能不需要在栈上保存返回地址,而非叶函数需要。这时候可以对比一下两种情况,帮助用户理解栈的使用场景。 要注意用户可能的误解,比如“local data on the atack”可能是“local data on the stack”的拼写错误。需要确认这一点,并在回答中纠正,避免混淆。另外,用户可能对栈的增长方向、栈指针的操作($sp)不太清楚,需要详细解释。 还要考虑用户的实际应用场景,比如他们可能在编写或分析MIPS汇编代码时遇到问题,需要了解如何分配和管理局部变量。这时候需要举一些具体的例子,比如函数中的局部变量如何通过栈来存储,以及如何访问这些变量。 另外,需要检查之前的回答结构,保持一致性。之前使用了分点解释、对比表格,这次也可以采用类似的结构,让用户更容易理解。比如先概述内存布局,再深入栈的结构,最后用例子说明局部数据在栈上的存储方式。 可能还需要提到动态内存分配(heap)与栈的区别,但用户的问题集中在栈和局部数据,所以这部分可以简要带过。重点放在栈帧的创建和销毁过程,以及如何通过$sp和$fp寄存器来管理栈空间。 最后,确保回答准确,符合MIPS的实际规范,比如栈是从高地址向低地址增长,每个栈帧包含返回地址、保存的寄存器、局部变量等。同时注意术语的正确使用,避免混淆,比如“栈指针”和“帧指针”的区别和作用。</think>以下是关于 **MIPS 内存布局(Memory Layout)** 和 **栈上的局部数据(Local Data on the Stack)** 的详细解释: --- ### 1. **MIPS 内存布局概览** MIPS 内存分为以下几个主要区域(从低地址到高地址): | **内存区域** | **地址范围(示例)** | **用途** | |----------------|---------------------|-------------------------------------------------------------------------| | **Text 段** | `0x00400000` | 存储可执行代码(指令) | | **Data 段** | `0x10000000` | 存储全局变量、静态数据(初始化或未初始化) | | **Heap 段** | 动态增长 | 动态分配的内存(例如通过 `malloc` 或 `new`) | | **Stack 段** | `0x7ffffffc` 向下 | 存储函数调用时的局部变量、参数、返回地址等(后进先出) | --- ### 2. **栈(Stack)的作用与结构** 栈用于管理**函数调用时的临时数据**,包括: - **局部变量(Local Variables)** - **函数参数(Arguments)** - **返回地址(Return Address `$ra`)** - **保存的寄存器(Saved Registers,如 `$s0`~`$s7`)** #### **栈指针与帧指针** - **栈指针 `$sp`**:指向栈顶(当前可用地址)。 - **帧指针 `$fp`**(可选):指向当前函数的栈帧基址,方便访问局部变量。 --- ### 3. **局部数据在栈上的存储** #### **示例场景**:函数调用时分配局部变量 假设函数 `func` 需要存储两个局部变量 `int a, b`: ```assembly func: # 分配栈空间(假设每个变量占4字节,共8字节) addiu $sp, $sp, -8 # 栈向下增长8字节 # 存储变量 a 在 $sp+0 位置 sw $t0, 0($sp) # $t0 是变量 a 的值 # 存储变量 b 在 $sp+4 位置 sw $t1, 4($sp) # $t1 是变量 b 的值 # ... 其他操作 ... # 释放栈空间 addiu $sp, $sp, 8 jr $ra ``` #### **关键步骤**: 1. **分配栈空间**:通过减小 `$sp` 预留空间(例如 `addiu $sp, $sp, -N`)。 2. **存储数据**:通过 `sw`(存储字)指令将数据写入栈。 3. **释放栈空间**:函数返回前恢复 `$sp`(例如 `addiu $sp, $sp, N`)。 --- ### 4. **栈帧(Stack Frame)结构** 一个典型的栈帧包含以下内容(从高地址到低地址): ``` |-------------------| | 调用者的栈帧 | 高地址 |-------------------| | 保存的寄存器 | |-------------------| | 局部变量 | |-------------------| | 参数空间(可选) | |-------------------| | 返回地址 $ra | <-- $sp 初始位置 |-------------------| ``` --- ### 5. **与非叶函数的对比** - **叶函数**(不调用其他函数)可能无需操作栈(如不保存 `$ra`)。 - **非叶函数**必须保存 `$ra` 和其他寄存器到栈,防止被覆盖。 --- ### 6. **栈的优化** - **复用空间**:局部变量的生命周期仅限于函数执行期间,栈空间可重复利用。 - **对齐要求**:MIPS 通常要求栈地址按 8 字节对齐。 --- ### 总结 - **栈**是函数调用的核心机制,用于管理局部数据和调用上下文。 - **局部变量**通过 `$sp` 偏移量访问(例如 `lw $t0, 4($sp)`)。 - 理解栈布局对调试和优化汇编代码至关重要。 如果需要具体代码示例或进一步分析,请告知!
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