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C語言的內(nèi)存管理

 Tornador 2016-01-11

對于一個C語言程序而言,內(nèi)存空間主要由五個部分組成代碼段(.text)、數(shù)據(jù)段(.data)、BSS段(.bss),堆和棧組成,其中代碼段,數(shù)據(jù)段和BSS段是編譯的時候由編譯器分配的,而堆和 棧是程序運行的時候由系統(tǒng)分配的。布局如下

 

 

在上圖中,由編譯器分配的地址空間都是在連接的時候分配的,而運行時分配的空間是在程序運行時由系統(tǒng)分配的

 

BSS段:BSS段(bss segment)通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量和靜態(tài)變量 (這里注意一個問題:一般的書上都會說全局變量和靜態(tài)變量是會自動初始化的,那么哪來的未初始化的變量呢?變量的初始化可以分為顯示初始化和隱式初始化,全局變量和靜態(tài)變量如果程序員自己不初始化的話的確也會被初始化,那就是不管什么類型都初始化為0,這種沒有顯示初始化的就是我們這里所說的未初始化。既然都是0那么就沒必要把每個0都存儲起來,從而節(jié)省磁盤空間,這是BSS的主要作用)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。 BSS節(jié)不包含任何數(shù)據(jù),只是簡單的維護(hù)開始和結(jié)束的地址,即總大小,以便內(nèi)存區(qū)能在運行時分配并被有效地清零。BSS節(jié)在應(yīng)用程序的二進(jìn)制映象文件中并不存在,即不占用磁盤空間 而只在運行的時候占用內(nèi)存空間 ,所以如果全局變量和靜態(tài)變量未初始化那么其可執(zhí)行文件要小很多。
 
數(shù)據(jù)段:數(shù)據(jù)段(data segment)通常是指用來存放程序中已初始化的全局變量和靜態(tài)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,可以分為只讀數(shù)據(jù)段和讀寫數(shù)據(jù)段。 字符串常量等,但一般都是放在只讀數(shù)據(jù)段中
 
代碼段:代碼段(code segment/text segment)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,但一般都是放在只讀數(shù)據(jù)段中 。
 
堆(heap):堆是用于存放進(jìn)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(kuò)張或縮減。當(dāng)進(jìn)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(kuò)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)
 
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(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(jìn)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(jìn)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,我們可以把堆棧看成一個寄存、交換臨時數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)。注意:??臻g是向下增長的,每個線程有一個自己的棧,在linux上默認(rèn)的大小是8M,可以用ulimit查看和修改。

棧系統(tǒng)提供的功能,特點是快速高效,缺點是有限制,數(shù)據(jù)不靈活;而堆是函數(shù)庫提供的功能,特點是靈活方便,數(shù)據(jù)適應(yīng)面廣泛,但是效率有一定降低。

 

 

以下是一個簡單的c文件,環(huán)境是OS--Linux,ARCH--PPC

##sta.c###
#include <stdio.h>

int kk[100] = {1,2,3,4,5};
int tt[100];
int ii;

int main()
{
int i;
static int si;
char a[10]= "abcd";
printf("i is %d/n");
return 0;
}

 

經(jīng)過gcc -S sta.c之后,生成的匯編代碼如下

##sta.s###

 

        .file   "sta.c"
        .gnu_attribute 4, 2
        .gnu_attribute 8, 3
        .globl kk
        .section        ".data"
        .align 2
        .type   kk, @object
        .size   kk, 400
kk:
        .long   1
        .long   2
        .long   3
        .long   4
        .long   5
        .zero   380
        .lcomm  si.2254,4,4
        .type   si.2254, @object
        .section        .rodata
        .align 2
.LC1:
        .string "i is %d/n"
        .align 2
.LC0:
        .string "abcd"
        .zero   5
        .section        ".text"
        .align 2
        .globl main
        .type   main, @function

main:
        stwu 1,-32(1)
        mflr 0
        stw 0,36(1)
        stw 31,28(1)
        mr 31,1
        lis 9,.LC0@ha
        la 9,.LC0@l(9)
        lwz 0,0(9)
        lbz 9,4(9)
        stw 0,12(31)
        stb 9,16(31)
        li 0,0
        stb 0,17(31)
        li 0,0
        stb 0,18(31)
        li 0,0
        stb 0,19(31)
        li 0,0
        stb 0,20(31)
        li 0,0
        stb 0,21(31)
        lis 9,.LC1@ha
        la 3,.LC1@l(9)
        crxor 6,6,6
        bl printf
        li 0,0
        mr 3,0
        lwz 11,0(1)
        lwz 0,4(11)
        mtlr 0
        lwz 31,-4(11)
        mr 1,11
        blr
        .size   main, .-main
        .comm   tt,400,4
        .comm   ii,4,4
        .ident  "GCC: (GNU) 4.2.3"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

 

Note: 一般編譯器和操作系統(tǒng)實現(xiàn)來說,對于虛擬地址空間的最低(從0開始的幾K)的一段空間是未被映射的,也就是說它在進(jìn)程空間中,但沒有賦予物理地址,不能被訪問。這也就是對空指針的訪問會導(dǎo)致crash的原因 ,因為空指針的地址是0。至于為什么預(yù)留的不是一個字節(jié)而是幾K,是因為內(nèi)存是分頁的,至少要一頁;另外幾k的空間還可以用來捕捉使用空指針的情況。

 

另外推薦一個博客 http://blog.csdn.net/absurd/category/228431.aspx,寫得很好很全

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