C語言程序的內存佈局

C語言程序的內存佈局

一：C語言程序的存儲區域

           C語言編寫的程序通過編繹-連接後，將造成一個統一的文件，它由幾個部分組成，在程序運行時又會產生幾個其餘部分，各個部分表明了不一樣的存儲區域：

1.代碼段（Code or Text）：

代碼段由程序中的機器碼組成。在C語言中，程序語句進行編譯後，造成機器代碼。在執行程序的過程當中，CPU的程序計數器指向代碼段的每一條代碼，並由處理器依次運行。

2.只讀數據段（RO data）：

           只讀數據段是程序使用的一些不會被更改的數據，使用這些數方式相似查表式的操做，因爲這些變量不須要更改，所以只須要放置在只讀存儲器中便可。

3.已初始化讀寫數據段(RW data)：

           已初始化數據是在程序中聲明，而且具備初值的變量，這些變量須要佔用存儲器的空間，在程序執行時它們須要位於可讀寫的內存區域內，並具備初值，以供程序運行時讀寫。

4.未初始化讀寫數據段(BSS)：

           未初始化讀寫據是在程序中聲明，可是沒有初始化的變量，這些變量在程序運行以前不須要佔用存儲器的空間。

5.堆(heap)：

           堆內存只在程序運行時出現，通常由程序員分配和釋放。在具備操做系統的狀況下，若是程序員沒釋放，操做系統能夠在程序結束後回收內存。

6.棧(stack)：

          棧內存只在程序運行時出現，在函數內部使用的變量，函數的參數以及返回值將使用棧空間，棧空間由編譯器自動分配和釋放。

 

C語言目標文件的內存佈局如圖：

Code

RO data

RW data

 

代碼段，只讀數據段，讀寫數據段，未初始化數據段屬於靜態區域，而堆和棧屬於動態區域。代碼段，只讀數據段和讀寫數據段將在鏈接以後產生，未初始化數據段將在程序初始化的時候開闢，而堆和棧將在程序的運行中分配和釋放。

C語言程序分爲映像和運行時兩種狀態，在編譯鏈接後造成的映像中，將只包含代碼段，只讀數據段和讀寫數據段，在程序運行以前，將動態生成未初始化數據段，在程序運行時還將動態造成堆區域和棧區域。

通常來講，在靜態的映像文件中，各個部分稱之爲節（Section）,而在運行時的各個部分稱之爲段(Segment)，有時統稱爲段。

二：C語言程序的段

1.代碼段（code）

代碼段由各個函數產生，函數的每個語句將最終通過編繹和彙編生成二進制機器代碼（具體生生哪一種體系結構的機器代碼由編譯器決定）。

2.只讀數據段（RO Data）

只讀數據段由程序中所使用的數據產生，該部分數據的特色是在運行中不須要改變，所以編譯器會將該數據段放入只讀的部分中。C語言中的只讀全局變量，只讀局部變量，程序中使用的常量等會在編譯時被放入到只讀數據區。注意：

定義全局變量const char a[100]={"ABCDEFG"};將生成大小爲100個字節的只讀數據區，並使用「ABCDEFG」初始化。若是定義爲：const char a[ ]={"ABCDEFG"};則根據字符串長度生成8個字節的只讀數據段（還有’\0’），因此在只讀數據段中，通常都須要作徹底的初始化。

3.  讀寫數據段（RW Data）

讀寫數據段表示了在目標文件中一部分能夠讀也能夠寫的數據區，在某些場合它們又被稱爲已初始化數據段，這部分數據段和代碼段，與只讀數據段同樣都屬於程序中的靜態區域，但具備可寫性的特色。一般已初始化的全局變量和局部靜態變量被放在了讀寫數據段，如: 在函數中定義static char b[ 100]={「ABCDEFG」};讀寫數據區的特色是必須在程序通過初始化，若是隻定義，沒初始值，則不會生成讀寫數據區，而會定位爲未初始化數據區（BSS）。

若是全局變量（函數外部定義的變量）加入static修飾，這表示只能在文件內使用，而不能被其餘文件使用。

4. 未初始化數據段（BSS）

與讀寫數據段相似，它也屬於靜態數據區，可是該段中的數據沒有通過初始化。所以它只會在目標文件中被標識，而不會真正稱爲目標文件中的一段，該段將會在運行時產生。未初始化數據段只在運行的初始化階段纔會產生，所以它的大小不會影響目標文件的大小。

 

在C語言的程序中，對變量的使用還有如下幾點須要注意：

1.    函數體中定義的變量一般是在棧上，不須要在程序中進行管理，由編繹器處理。

2.    用malloc,calloc,realloc等分配內存的函數所分配的內存空間在堆上，程序必須保證在使用free釋放，不然會發生內存泄漏。

3.    全部函數體外定義的是全局變量，加了static後的變量不論是在函數內部或外部都放在全局區。

4.    使用const定義的變量將放於程序的只讀數據區。

 

三：程序中段的使用

下面用一個簡單的例子來講明C語言中變量和段的對應關係。C語言程序中的全局區（靜態區），實際對應着下述幾個段：RO Data; RW Data ; BSS Data.

通常來講，直接定義的全局變量在未初始化數據區，若是該變量有初始化則是在已初始化數據區（RW Data），加上const則將放在只讀數據區。

例：

    const char ro[ ] = {"this is read only data"}; //只讀數據區

    static char rw_1[ ] ={"this is global read write data"}; //已初始化讀寫數據段

    char BSS_1[ 100];   //未初始化數據段

    const char *ptrconst ="constant data";  //字符串放在只讀取數據段

    int main()

    {

short b;             //在棧上，佔用2個字節

char a[100]; //在棧上開闢100個字節，工的值是其首地址

char s[ ]="abcdefg"; //s在棧上，佔用4個字節，「abcdefg」自己放置在只讀數據存儲區，佔8個字節

        char *p1; //p1在棧上，佔用4個字節              

char *p2="123456"; //p2 在棧上，p2指向的內容不能改,「123456」在只讀數據區

        static char rw_2[ ]={"this is local read write data"}; //局部已初始化讀寫數據段

        static char BSS_2[100]; //局部未初始化數據段

        static int c = 0; //全局（靜態）初始化區

        p1=(char *)malloc(10 * sizeof(char ) ); //分配內存區域在堆區

        strcpy(p1,"xxxx"); //「XXXX」放在只讀數據區，佔5個字節

        free(p1); //使用free釋放p1所指向的內存

        return 0;

    }

 

讀寫數據段包含了憶初始化的全局變量 static char rw_1[ ]以及局部靜態變量static rw_2[ ].其差異在於編繹時，是在函人部使用的仍是能夠在整個文件中使用。對於rw_1[] 不管有無static 修飾，其都將被放置在讀寫數據區，只是可否被其它文件引用與否。對於後者就不同了，它是局部靜態變量，放置在讀寫數據區，若是沒static修飾，其意義徹底改變，它將會是開闢在棧空間的局部變量，而不是靜態變量，在這裏rw_1[],rw_2[]後沒具體數值，表示靜態區大小同後面字符串長度決定。

對於未初始化數據區BSS_1[100]與BSS_2[100]，其區別在於前者是全局變量，在全部文件中均可以使用；後者是局部變量，只在函數內部使用。未初始化數據段不設置後面的初始化數值，所以必須使用數值指定區域的大小，編繹器將根據大小設置BSS中須要增長的長度。

棧空間主要用於如下3數據的存儲：

1.    函數內部的動態變量

2.    函數的參數

3.    函數的返回值

棧空間是動態開闢與回收的。在函數調用過程當中，若是函數調用的層次比較多，所須要的棧空間也逐漸加大，對於參數的傳遞和返回值，若是使用較大的結構體，在使用的棧空間也會比較大。