C的記憶體布局

2021-06-22 17:55:48 字數 3804 閱讀 8894

重點關注以下內容:

c語言程式在記憶體中各個段的組成

c語言程式連線過程中的特性和常見錯誤

c語言程式的執行方式

一:c語言程式的儲存區域

由c語言**(文字檔案)形成可執行程式(二進位制檔案),需要經過編譯-彙編-連線三個階段。編譯過程把c語言文字檔案生成匯程式設計序,彙編過程把匯程式設計序形成二進位制機器**,連線過程則將各個原始檔生成的二進位制機器**檔案組合成乙個檔案。

c語言編寫的程式經過編譯-連線後,將形成乙個統一檔案,它由幾個部分組成。在程式執行時又會產生其他幾個部分,各個部分代表了不同的儲存區域:

1.**段(code或text)

**段由程式中執行的機器**組成。在c語言中,程式語句進行編譯後,形成機器**。在執行程式的過程中,cpu的程式計數器指向**段的每一條機器**,並由處理器依次執行。

2.唯讀資料段(ro data)

唯讀資料段是程式使用的一些不會被更改的資料,使用這些資料的方式類似查表式的操作,由於這些變數不需要更改,因此只需要放置在唯讀儲存器中即可。

3.已初始化讀寫資料段(rw data)

已初始化資料是在程式中宣告,並且具有初值的變數,這些變數需要占用儲存器的空間,在程式執行時它們需要位於可讀寫的記憶體區域內,並具有初值,以供程式執行時讀寫。

4.未初始化資料段(bss)

未初始化資料是在程式中宣告,但是沒有初始化的變數,這些變數在程式執行之前不需要占用儲存器的空間。

5.堆(heap)

堆記憶體只在程式執行時出現,一般由程式設計師分配和釋放。在具有作業系統的情況下,如果程式沒有釋放,作業系統可能在程式(例如乙個程序)結束後**記憶體。

6.棧(stack)

棧記憶體只在程式執行時出現,在函式內部使用的變數、函式的引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語言目標檔案的記憶體布局

看乙個例子:

int a = 0; //全域性初始化區,。data段

static int b=20; //全域性初始化區,。data段

char *p1; //全域性未初始化區 .bss段

const int a = 10; //.rodata段

void main(void)

**段、唯讀資料段、讀寫資料段、未初始化資料段屬於靜態區域,而堆和棧屬於動態區域。**段、唯讀資料段和讀寫資料段將在鏈結之後產生,未初始化資料段將在程式初始化的時候開闢,而堆和棧將在程式的執行中分配和釋放。c語言程式分為映像和執行時兩種狀態。在編譯-連線後形成的映像中,將只包含**段(text)、唯讀資料段(ro data)和讀寫資料段(rw data)。在程式執行之前,將動態生成未初始化資料段(bss),在程式的執行時還將動態形成堆(heap)區域和棧(stack)區域。一般來說,在靜態的映像檔案中,各個部分稱之為節(section),而在執行時的各個部分稱之為段(segment)。如果不詳細區分,可以統稱為段。

知識點:

c語言在編譯和連線後,將生成**段(text)、唯讀資料段(ro data)和讀寫資料段(rw data)。在執行時,除了以上三個區域外,還包括未初始化資料段(bss)區域和堆(heap)區域和棧(stack)區域。

二:c語言程式的段

1.**段(code或text)

**段由各個函式產生,函式的每乙個語句將最終經過編繹和彙編生成二進位制機器**(具體生生哪種體系結構的機器**由編譯器決定)。

2.唯讀資料段(ro data)

唯讀資料段由程式中所使用的資料產生,該部分資料的特點是在執行中不需要改變,因此編譯器會將該資料段放入唯讀的部分中。c語言中的唯讀全域性變數,唯讀區域性變數,程式中使用的常量等會在編譯時被放入到唯讀資料區。

注意:定義全域性變數const char a[100]=;將生成大小為100個位元組的唯讀資料區,並使用「abcdefg」初始化。如果定義為:const char a[ ]=;則根據字串長度生成8個位元組的唯讀資料段(還有』\0』),所以在唯讀資料段中,一般都需要做完全的初始化。

3.讀寫資料段(rw data)

讀寫資料段表示了在目標檔案中一部分可以讀也可以寫的資料區,在某些場合它們又被稱為已初始化資料段,這部分資料段和**段,與唯讀資料段一樣都屬於程式中的靜態區域,但具有可寫性的特點。通常已初始化的全域性變數和區域性靜態變數被放在了讀寫資料段,如: 在函式中定義static char b[ 100]=;讀寫資料區的特點是必須在程式經過初始化,如果只定義,沒初始值,則不會生成讀寫資料區,而會定位為未初始化資料區(bss)。如果全域性變數(函式外部定義的變數)加入static修飾,這表示只能在檔案內使用,而不能被其他檔案使用。

4. 未初始化資料段(bss)

與讀寫資料段類似,它也屬於靜態資料區,但是該段中的資料沒有經過初始化。因此它只會在目標檔案中被標識,而不會真正稱為目標檔案中的一段,該段將會在執行時產生。未初始化資料段只在執行的初始化階段才會產生,因此它的大小不會影響目標檔案的大小。

在c語言的程式中,對變數的使用還有以下幾點需要注意:

1.函式體中定義的變數通常是在棧上,不需要在程式中進行管理,由編繹器處理。

2.用malloc,calloc,realloc等分配記憶體的函式所分配的記憶體空間在堆上,程式必須保證在使用free釋放,否則會發生記憶體洩漏。

3.所有函式體外定義的是全域性變數,加了static後的變數不管是在函式內部或外部都放在全域性區。

4.使用const定義的變數將放於程式的唯讀資料區。

三:程式中段的使用

下面用乙個簡單的例子來說明c語言中變數和段的對應關係。c語言程式中的全域性區(靜態區),實際對應著下述幾個段:ro data; rw data ; bss data.

一般來說,直接定義的全域性變數在未初始化資料區,如果該變數有初始化則是在已初始化資料區(rw data),加上const則將放在唯讀資料區。

const char ro[ ] = ; //唯讀資料區

static char rw_1[ ] =; //已初始化讀寫資料段

char bss_1[ 100]; //未初始化資料段

const char *ptrconst ="constant data"; //字串放在只讀取資料段

int main()

;//區域性已初始化讀寫資料段

static char bss_2[100]; //區域性未初始化資料段

static int c = 0; //全域性(靜態)初始化區

p1=(char *)malloc(10 * sizeof(char ) ); //分配記憶體區域在堆區

strcpy(p1,"***x"); //「***x」放在唯讀資料區,佔5個位元組

free(p1); //使用free釋放p1所指向的記憶體

return 0;

}讀寫資料段包含了憶初始化的全域性變數 static char rw_1[ ]以及區域性靜態變數static rw_2[ ].其差別在於編繹時,是在函式內部使用的還是可以在整個檔案中使用。對於rw_1 無論有無static 修飾,其都將被放置在讀寫資料區,只是能否被其它檔案引用與否。對於後者就不一樣了,它是區域性靜態變數,放置在讀寫資料區,如果沒static修飾,其意義完全改變,它將會是開闢在棧空間的區域性變數,而不是靜態變數,在這裡rw_1,rw_2後沒具體數值,表示靜態區大小同後面字串長度決定。

對於未初始化資料區bss_1[100]與bss_2[100],其區別在於前者是全域性變數,在所有檔案中都可以使用;後者是區域性變數,只在函式內部使用。未初始化資料段不設定後面的初始化數值,因此必須使用數值指定區域的大小,編繹器將根據大小設定bss中需要增加的長度。

棧空間主要用於以下3資料的儲存:

1.函式內部的動態變數

2.函式的引數

3.函式的返回值

棧空間是動態開闢與**的。在函式呼叫過程中,如果函式呼叫的層次比較多,所需要的棧空間也逐漸加大,對於引數的傳遞和返回值,如果使用較大的結構體,在使用的棧空間也會比較大。

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