栈、堆、静态存储区和程序的内存布局

文章目录

• • 1 栈
  • • 1.1 程序中的栈
    • 1.2 函数调用过程
    • 1.3 函数调用栈上的数据
  • 2 堆
  • • 2.1 程序中的堆
    • 2.2 系统对堆的管理方式
  • 3 静态存储区
  • • 3.1 程序中的静态存储区
  • 4 程序的内存布局
  • • 4.1 程序文件的一般布局
    • 4.2 文件布局在内存中的映射
    • 4.3 程序和进程

1 栈

栈主要用于函数调用的使用。

1.1 程序中的栈

栈的要点：

• 栈是现代计算机程序里最重要的概念之一。
• 栈在程序中用于维护函数调用上下文。
• 函数中的参数和局部变量存储在栈上。
• 栈是一种后进先出的行为。
  

1.2 函数调用过程

栈保存了一个函数调用所需的维护信息： 参数、返回地址、局部变量、调用上下文、……

每次函数调用都对应着一个栈上的活动记录：

• 调用函数的活动记录位于栈的中部。
• 被调函数的活动记录位于栈的顶部。

函数调用栈变化：

1.3 函数调用栈上的数据

函数调用时，对应的栈空间在函数返回前是专用的。函数调用结束时，栈空间将被释放，数据不再有效。因此，我们不能将函数中的局部变量以指针的形式返回。

编程实验：指向栈数据的指针

#include<stdio.h>int* g(void) {int a[10] = {0};return a; }void f() {int i = 0;int b[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};int *a = g();/*for (i=0; i<10; i++){b[i] = a[i];} //不注释掉能正常访问b的值*/for (i=0; i<10; i++){printf("%d.\n", b[i]);//直接打印，由于调用了printf函数，会建立相应的活动记录，从而该变b的值} }int main(void) { f(); return 0; }

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2 堆

堆主要用于内存的动态申请和归还。

2.1 程序中的堆

关于堆：

• 堆是程序中一块预留的空间，可由程序自由使用。
• 堆中被程序申请使用的内存在被主动释放前将一直有效。

为什么有了栈还需要堆？
栈上的数据在函数返回后就会被释放掉，无法传递到函数外部，如：局部数组。

C语言程序中通过库函数的调用获得堆空间

• 头文件：malloc.h。
• malloc：以字节的方式动态申请内存。
• free：将堆空间归还给系统。

2.2 系统对堆的管理方式

系统对堆空间的管理方式：

• 空闲链表法、位图法、对象池法等等。
  

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3 静态存储区

静态存储区用于保存全局变量和静态变量。

3.1 程序中的静态存储区

静态存储区的要点：

• 静态存储区随着程序的运行而分配空间。
• 静态存储区的生命周期直到程序运行结束。
• 在程序的编译期静态存储区的大小就已经确定。
• 静态存储区主要用于保存全局变量和静态局部变量。
• 静态存储区的信息最终会保存到可执行程序中。

编程实验:静态存储区的验证

#include <stdio.h>int g_v = 1;static int g_vs = 2;void f() {static int g_vl = 3;printf("%p\n", &g_vl); }int main() {printf("%p\n", &g_v);printf("%p\n", &g_vs);f();//0x804a020 0x804a024 0x804a028return 0; }

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4 程序的内存布局

4.1 程序文件的一般布局

不同代码在可执行程序中的对应关系：

4.2 文件布局在内存中的映射

映射如下：

各个段的作用：

• 堆栈段在程序运行后才正式存在，是程序运行的基础；
• .bss段存放的是未初始化的全局变量和静态变量；
• .data段保存的是已经初始化了的全局变量和静态变量；
• .rodata段存放程序中的常量值，如字符串常量；
• .text段存放的是程序中的可执行代码。

程序术语的对应关系

• 静态存储区通常指程序中的.bss和.data段。
• 只读存储区通常指程序中的.rodata段。
• 局部变量所占空间为栈上的空间。
• 动态空间为堆中的空间。
• 程序可执行代码存放于.text段。

思考：面试中的小问题
同是全局变量和静态变量，为什么初始化和未初始化的保存在不同的段中？ 从高效的角度进行思考。

4.3 程序和进程

程序与进程的不同：

• 程序是静态的概念，表现形式为一个可执行文件。
• 进程是动态的概念，程序由操作系统加载后运行得到的。
• 每个程序可以对应多个进程。
• 每个进程只能对应一个程序。

思考：面试中的小问题
包含脚本代码的文本文件是一种类型的可执行程序吗？如果是，对应什么样的进程呢？

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参考资料：

C语言进阶剖析教程

总结

以上是生活随笔为你收集整理的栈、堆、静态存储区和程序的内存布局的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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