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C語言中定義4個內(nèi)存區(qū)間

C語言編程學(xué)習(xí)基地 ? 來源:C語言編程學(xué)習(xí)基地 ? 作者:Mr_Li_ ? 2022-10-19 15:43 ? 次閱讀

一個正在運行著的C編譯程序占用的內(nèi)存分為代碼區(qū)、靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)、未初始化數(shù)據(jù)區(qū)、堆區(qū) 和 棧區(qū)5個部分。

C語言中定義4個內(nèi)存區(qū)間是: 代碼區(qū), 靜態(tài)存儲區(qū), 棧區(qū), 堆區(qū). 其中棧區(qū)和堆區(qū)是屬于動態(tài)存儲區(qū)可執(zhí)行文件在存儲(也就是還沒有載入到內(nèi)存中)的時候,分為:代碼區(qū)、靜態(tài)區(qū)和未初始化數(shù)據(jù)區(qū)3個部分。

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代碼區(qū)

只讀區(qū)域,程序運行過程中無法做任何修改的存儲區(qū)域。用于存放代碼和常量。

存放CPU執(zhí)行的機器指令。通常,代碼區(qū)是可共享的(即另外的執(zhí)行程序可以調(diào)用它),因為對于頻繁被執(zhí)行的程序,只需要在內(nèi)存中有一份代碼即可。代碼區(qū)通常是只讀的,使其只讀的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外,代碼區(qū)還規(guī)劃了局部變量的相關(guān)信息

代碼區(qū) 指令根據(jù)程序設(shè)計流程依次執(zhí)行,對于順序指令,則只會執(zhí)行一次(每個進程),如果反復(fù),則需要使用跳轉(zhuǎn)指令,如果進行遞歸,則需要借助棧來實現(xiàn)。

代碼段: 代碼段通常是指用來存放程序執(zhí)行代碼的一塊內(nèi)存區(qū)域。這部分區(qū)域的大小在程序運行前就已經(jīng)確定,并且內(nèi)存區(qū)域通常屬于只讀, 某些架構(gòu)也允許代碼段為可寫,即允許修改程序。

在代碼段中,也有可能包含一些只讀的常數(shù)變量,例如字符串常量等

。代碼區(qū)的指令中包括操作碼和要操作的對象(或?qū)ο蟮刂芬茫?。如果是立即?shù)(即具體的數(shù)值,如5),將直接包含在代碼中;如果是局部數(shù)據(jù),將在棧區(qū)分配空間,然后引用該數(shù)據(jù)地址;如果是BSS區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū),在代碼中同樣將引用該數(shù)據(jù)地址。另外,代碼段還規(guī)劃了局部數(shù)據(jù)所申請的內(nèi)存空間信息。

數(shù)據(jù)區(qū):可讀可寫區(qū)域,程序運行過程中可做任意修改的存儲區(qū)域。用于存放變量

靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)

該區(qū)包含了在程序中明確被初始化的全局變量、靜態(tài)變量(包括全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量)和常量數(shù)據(jù)(如字符串常量),注意 (只初始化一次)。例如,一個不在任何函數(shù)內(nèi)的聲明(全局數(shù)據(jù)):

int max = 99;

使得變量max根據(jù)其初始值被存儲到初始化數(shù)據(jù)區(qū)中。

static min = 100;

這聲明了一個靜態(tài)數(shù)據(jù),如果是在任何函數(shù)體外聲明,則表示其為一個全局靜態(tài)變量,如果在函數(shù)體內(nèi)(局部),則表示其為一個局部靜態(tài)變量。另外,如果在函數(shù)名前加上static,則表示此函數(shù)只能在當(dāng)前文件中被調(diào)用。

數(shù)據(jù)段:通常是指用來存放程序中已初始化的全局變量的一塊內(nèi)存區(qū)域。數(shù)據(jù)段屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。數(shù)據(jù)段中的靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)存放的是程序中已初始化的全局變量、靜態(tài)變量和常量。

未初始化數(shù)據(jù)區(qū)

未初始化數(shù)據(jù)區(qū)。亦稱BSS區(qū),存入的是全局未初始化變量。BSS這個叫法是根據(jù)一個早期的匯編運算符而來,這個匯編運算符標志著一個塊的開始。BSS區(qū)的數(shù)據(jù)在程序開始執(zhí)行之前被內(nèi)核初始化為0或者空指針(NULL)。例如一個不在任何函數(shù)內(nèi)的聲明:

long sum[1000];

將變量sum存儲到未初始化數(shù)據(jù)區(qū)。

BSS 段:通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內(nèi)存區(qū)域。BSS 是英文Block Started by Symbol 的簡稱。BSS 段屬于靜態(tài)內(nèi)存分配,即程序一開始就將其清零了。一般在初始化時BSS段部分將會清零。

棧區(qū)

棧區(qū)(stack)。由編譯器自動分配釋放內(nèi)存的區(qū)間,所得的內(nèi)存空間一般都是連續(xù)的,是用來存放函數(shù)的參數(shù)值、局部變量的值等。存放函數(shù)的參數(shù)值、局部變量的值,以及在進行任務(wù)切換時存放當(dāng)前任務(wù)的上下文內(nèi)容。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。每當(dāng)一個函數(shù)被調(diào)用,該函數(shù)返回地址和一些關(guān)于調(diào)用的信息,比如某些寄存器的內(nèi)容,被存儲到棧區(qū)。然后這個被調(diào)用的函數(shù)再為它的自動變量和臨時變量在棧區(qū)上分配空間,這就是C實現(xiàn)函數(shù)遞歸調(diào)用的方法。

每執(zhí)行一次遞歸函數(shù)調(diào)用,一個新的??蚣芫蜁皇褂?,這樣這個新實例棧里的變量就不會和該函數(shù)的另一個實例棧里面的變量混淆。

棧(stack):棧又稱堆棧, 是用戶存放程序臨時創(chuàng)建的局部變量,也就是說我們函數(shù)括弧"{ }"中定義的變量,如int[ ] arr = {1, 2, 3};變量arr ( 數(shù)組名) 存儲在棧中,變量arr的值(數(shù)組元素)存儲在堆中(普通結(jié)構(gòu))(但不包括static 聲明的變量,static 意味著在數(shù)據(jù)段中存放變量)。

除此以外,在函數(shù)被調(diào)用時,其參數(shù)也會被壓入發(fā)起調(diào)用的進程棧中,并且待到調(diào)用結(jié)束后,函數(shù)的返回值也會被存放回棧中。由于棧的先進先出特點,所以棧特別方便用來保存/ 恢復(fù)調(diào)用現(xiàn)場。從這個意義上講,我們可以把堆??闯梢粋€寄存、交換臨時數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)。

堆區(qū)

堆區(qū)(heap)。用于動態(tài)內(nèi)存分配。堆在內(nèi)存中位于bss區(qū)和棧區(qū)之間。一般由程序員分配和釋放,若程序員不釋放,程序結(jié)束時有可能由OS回收。堆中的內(nèi)存區(qū)域不是連續(xù)的,還是將有效的內(nèi)存區(qū)域經(jīng)過鏈表指針連接起來的。

堆(heap): 用于存放進程運行中被動態(tài)分配的內(nèi)存段,它的大小并不固定,可動態(tài)擴張或縮減。當(dāng)進程調(diào)用malloc 等函數(shù)分配內(nèi)存時,新分配的內(nèi)存就被動態(tài)添加到堆上(堆被擴張);當(dāng)利用free 等函數(shù)釋放內(nèi)存時,被釋放的內(nèi)存從堆中被剔除(堆被縮減)。

在將應(yīng)用程序加載到內(nèi)存空間執(zhí)行時,操作系統(tǒng)負責(zé)代碼段、數(shù)據(jù)段和BSS段的加載,并將在內(nèi)存中為這些段分配空間。棧段亦由操作系統(tǒng)分配和管理,而不需要程序員顯示地管理;堆段由程序員自己管理,即顯式地申請和釋放空間。

另外,可執(zhí)行程序在運行時具有相應(yīng)的程序?qū)傩?。在有操作系統(tǒng)支持時,這些屬性頁由操作系統(tǒng)管理和維護。

C語言程序編譯完成之后,已初始化的全局變量保存在數(shù)據(jù)段中,未初始化的全局變量保存在BSS段中。數(shù)據(jù)段和代碼段都在可執(zhí)行文件中,由系統(tǒng)從可執(zhí)行文件中加載;而BSS段不在可執(zhí)行文件中,由系統(tǒng)初始化。BSS段只保存沒有值的變量,所以事實上它并不需要保存這些變量的映像。運行時所需要的BSS段大小記錄在目標文件中,但是BSS段并不占據(jù)目標文件的任何空間。

堆區(qū)與棧區(qū)的差異:

在棧上所申請的內(nèi)存空間是系統(tǒng)自動分配的,所以當(dāng)我們出了變量所在的作用域后,系統(tǒng)會自動我們回收這些空間,而在堆上申請的空間是要我們自己手動操作的,當(dāng)出了相應(yīng)的作用域以后,我們需要調(diào)用free或者delete來釋放所申請的內(nèi)存空間,如果我們不及時得對這些空間進行釋放,那么內(nèi)存中的內(nèi)存碎片就越來越多,從而我們的實際內(nèi)存空間也就會變的越 來越少,即,孤立的內(nèi)存塊越來越多。

審核編輯 :李倩

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原文標題:【零基礎(chǔ)學(xué)C語言】知識總結(jié)十一:C語言的內(nèi)存四區(qū)

文章出處:【微信號:cyuyanxuexi,微信公眾號:C語言編程學(xué)習(xí)基地】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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