C语言中内存分布及程序运行中(BSS段、数据段、代码段、堆栈)

时间:2022-12-06 16:16:21

BSS段:(bss segment)通常是指用来存放程序中未初始化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 :数据段(data segment)通常是指用来存放程序中 已初始化  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: 代码段(code segment/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,并且内存区域通常属于 只读 , 某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序。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。程序段为程序代码在内存中的映射.一个程序可以在内存中多有个副本.
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/free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)/释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)
栈(stack) :栈又称堆栈, 存放程序的 局部变量 (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,栈用来传递参数和返回值。由于栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场储动态内存分配,需要程序员手工分配,手工释放
下图是APUE中的一个典型C内存空间分布图
C语言中内存分布及程序运行中(BSS段、数据段、代码段、堆栈)

 例如:

#include <stdio.h>

int g1=0, g2=0, g3=0;

int max(int i)
{
    int m1=0,m2,m3=0,*p_max;
    static n1_max=0,n2_max,n3_max=0;
     p_max = (int*)malloc(10);
    printf("打印max程序地址\n");
    printf("in max: 0x%08x\n\n",max);
    printf("打印max传入参数地址\n");
    printf("in max: 0x%08x\n\n",&i);
    printf("打印max函数中静态变量地址\n");
    printf("0x%08x\n",&n1_max); //打印各本地变量的内存地址
    printf("0x%08x\n",&n2_max);
    printf("0x%08x\n\n",&n3_max);
    printf("打印max函数中局部变量地址\n");
    printf("0x%08x\n",&m1); //打印各本地变量的内存地址
    printf("0x%08x\n",&m2);
    printf("0x%08x\n\n",&m3);
    printf("打印max函数中malloc分配地址\n");
    printf("0x%08x\n\n",p_max); //打印各本地变量的内存地址

    if(i) return 1;
    else return 0;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    static int s1=0, s2, s3=0;
    int v1=0, v2, v3=0;
    int *p;    
    p = (int*)malloc(10);

    printf("打印各全局变量(已初始化)的内存地址\n");
    printf("0x%08x\n",&g1); //打印各全局变量的内存地址
    printf("0x%08x\n",&g2);
    printf("0x%08x\n\n",&g3);
    printf("======================\n");
    printf("打印程序初始程序main地址\n");
    printf("main: 0x%08x\n\n", main);
    printf("打印主参地址\n");
    printf("argv: 0x%08x\n\n",argv);
    printf("打印各静态变量的内存地址\n");
    printf("0x%08x\n",&s1); //打印各静态变量的内存地址
    printf("0x%08x\n",&s2);
    printf("0x%08x\n\n",&s3);
    printf("打印各局部变量的内存地址\n");
    printf("0x%08x\n",&v1); //打印各本地变量的内存地址
    printf("0x%08x\n",&v2);
    printf("0x%08x\n\n",&v3);
    printf("打印malloc分配的堆地址\n");
    printf("malloc: 0x%08x\n\n",p);
    printf("======================\n");
    max(v1);
    printf("======================\n");
    printf("打印子函数起始地址\n");
    printf("max: 0x%08x\n\n",max);
    return 0;
}

 打印结果:

C语言中内存分布及程序运行中(BSS段、数据段、代码段、堆栈)

可以大致查看整个程序在内存中的分配情况:
可以看出,传入的参数,局部变量,都是在栈顶分布,随着子函数的增多而向下增长.
函数的调用地址(函数运行代码),全局变量,静态变量都是在分配内存的低部存在,而malloc分配的堆则存在于这些内存之上,并向上生长.

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

在操作系统中,一个进程就是处于执行期的程序(当然包括系统资源),实际上正在执行的程序代码的活标本。那么进程的逻辑地址空间是如何划分的呢?

引用:

 

图1做了简单的说明(Linux系统下的)


C语言中内存分布及程序运行中(BSS段、数据段、代码段、堆栈)

左边的是UNIX/LINUX系统的执行文件,右边是对应进程逻辑地址空间的划分情况。



首先是堆栈区(stack),堆栈是由编译器自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。栈的申请是由系统自动分配,如在函数内部申请一个局部变量 int h,同时判别所申请空间是否小于栈的剩余空间,如若小于的话,在堆栈中为其开辟空间,为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。    
其次是堆(heap),堆一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表。堆的申请是由程序员自己来操作的,在C中使用malloc函数,而C++中使用new运算符,但是堆的申请过程比较复杂:当系统收到程序的申请时,会遍历记录空闲内存地址的链表,以求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,此处应该注意的是有些情况下,新申请的内存块的首地址记录本次分配的内存块大小,这样在delete尤其是delete[]时就能正确的释放内存空间。
接着是全局数据区(静态区) (static),全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, 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。 另外文字常量区,常量字符串就是放在这里,程序结束后有系统释放。
最后是程序代码区,放着函数体的二进制代码。

举例说明一下:
int a = 0;                   //全局初始化区 


char *p1;                //全局未初始化区 


int main() 

{ 

        int b;                // 栈 

        char s[] = "abc";       //栈 

        char *p2;             //栈 

        char *p3 = "123456";    //123456\0在常量区,而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"优化成一个地方。

        return 0;

}