5.C语言内存分区-堆-栈

目录

内存分区

运行之前

代码区

全局初始化数据区 、静态数据区 (data)

未初始化数据区(bss（Block Started by Symbol）区)

总结

运行之后

代码区 （text segment）

未初始化数据区(bss)

全局初始化数据区，静态数据区（data segment）

栈区(stack)

堆区(heap)

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内存分区

运行之前

如果要执行一个C程序，那么第一步需要对这个程序进行编译。

1	预处理	宏定义展开，头文件展开，条件编译，这里不会检查语法
2	编译	检查语法，将预处理后的文件编译成汇编文件
3	汇编	将汇编文件生成目标文件(二进制) .o文件已生成
4	链接	将目标文件链接为可执行程序  二进制文件转换可执行文件 类似.ext

当编译完成生成可执行文件之后，我们可以通过linux下的size买了查看一个可执行二进制文件基本情况：

通过上图可以得知，在没有运行程序前，也就是说，程序没有加载到内存前，可执行程序内部已分好3段信息，分别是 代码区(text)  , 数据区(data)  和未初始化数据区(bss) 3个部分(可以把data和bss合起来叫做静态区，或者全局区)

以下是细分：

bss区域放未初始化的数据如: static int a; //未初始化数据。
static int a = 10 ;//这个时候数据放在数据区 data区。

代码区

存放CPU执行的机器质量。通常代码是可以共享的(即另外的执行程序可以调用它)，使其可共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可。代码通常是只读的，使其只读的原因是防止程序意外的修改他的指令。另外，代码区还规划了局部变量的相关信息。

说白了，代码区，就是放代码的

以上重点
共享：比如我们创建了一个a.exe和a1.exe两个代码是一样然后，第一次点击a.exe ，第二次点击a1.ext其实运行的还是a.exe原因是代码一样，共享

只读：比如我们在开发一个游戏币，创建了游戏币和人名币两个变量，如果是可写的，那么吧游戏币写到人名币里面那这样就是大事故，所以设置成只读。

全局初始化数据区 、静态数据区 (data)

该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量，已经初始化的静态变量(包括全局静态变量)和常量数据(字符串常量)

未初始化数据区(bss（Block Started by Symbol）区)

存入的是全局未初始化变量和未初始化静态变量。未初始化数据区的数据在程序开始执行之前被内核初始化未0后者空(NULL)

总结

程序源代码被编译之后主要分成两段: 程序指令(代码区)  和  程序数据(数据区) 。代指码段属于程序指令，而数据域段和bss段属于程序数据

为什么要分开？

程序被加载到内存中之后，可以将数据和代码分别映射到两个内存区域。由于数据区域对进程来说是可读可写的，而指令域对程序来说是只读的，所以区分之后，可以将程序指令区域和数据区域分别设置成可读可写或者只读。这样可以防止程序的有意或者无意被修改

当程序中运行着多个同样的程序的时候，这些程序执行的指令都是一样的，所以只需要内中保存一份程序的指令就可以了，只是每一个程序运行中数据不一样而已，这样可以节省大量的内存。

运行之后

程序在加载到内存前，代码区和全局区(data 和 bss)的大小就是固定的，程序运行期间不能改变。然后，运行可执行程序，操作系统吧物理硬盘程序，加载到内存，除了根据可执行程序的信息分出代码区(text) , 数据区(data) 和未初始化数据区(bss)之外，还额外增加了栈区，堆区

代码区 （text segment）

加载的是可执行文件代码段，所有的可执行代码都加载到代码区，这块内存是不可以在运行期间修改的

案例：

int main() {int a = 1; // 这一行对应的机器指令就存储在代码区return 0;
}

未初始化数据区(bss)

加载的是可执行文件bss段，位置可以分开亦可以紧靠数据段，存储于数据段的数据(全局未初始化，静态未初始化数据)的生命周期未整个程序运行过程。

案例

   int a; // 存储在BSS段，默认值为0static int i; // 局部静态变量，默认值也为0，存储在BSS段

全局初始化数据区，静态数据区（data segment）

加载的是可执行文件数据段，存储于数据段(全局初始化，静态初始化数据，字符常量(只读))的数据的生存周期为整个程序运行过程。

案例

   int a= 10; // 存储在数据段static int i= 20; // 局部静态变量，同样存储在数据段

栈区(stack)

栈是一种先进后出的内存结构，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，返回值，局部变量等。在程序运行过程中实时加载和释放，因此，局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。

栈的空间是有限的，尽量用完就释放掉

1是第一个进入。

如果1想出来，那要吧4先扔掉，3在扔掉，2在扔掉，才是1

可以认为吃米饭一样，先吃上面的，才能见碗底。

堆区(heap)

堆是一个大容器，它的容量要远远大于栈，但没有栈那样的先进后出的顺序。用于动态内存分配。堆在内存中位于bss区和栈区之间。一般由程序员分配和释放，若程序不释放，程序结束时由操作系统回收

大容量：大容量，到底有多大，要看机器有多好，看机器

分配：使用malloc函数分配

释放：使用free函数释放 ，如果不释放程序会在系统结束后回收 注意，一定要手动释放

生命周期

类型	作用域	生命周期	存储位置
auto变量	一对{}内	当前函数	栈区
static局部变量	一对{}内	整个程序运行期	初始化在data段，未初始化在BSS段
extern变量	整个程序	整个程序运行期	初始化在data段，未初始化在BSS段
static全局变量	当前文件	整个程序运行期	初始化在data段，未初始化在BSS段
extern函数	整个程序	整个程序运行期	代码区
static函数	当前文件	整个程序运行期	代码区
register变量	一对{}内	当前函数	运行时存储在CPU寄存器
字符串常量	当前文件	整个程序运行期	data段

栈 注意事项

案例1

int* func() {int a = 10;return &a;
}void test01() 
{int* p = func();printf("p = %d\n",p);
}

运行结果：

从上面结果来看，不是我们预期的结果，我们预期结果是 p = 10

为什么是这样？

首先我们来看func函数，函数定义的是int a = 10, 函数最终返回了a的地址，所以a在栈区的值已经释放了，我们没有去操作这一块内存。

案例2

char * getMyName()
{char myName[] = "达帮主";return &myName;
}void test02()
{char* p = getMyName();printf("my name p = %s\n",p);
}

运行结果：

问题与案例1一样，也是释放了，不要在意结果。

栈的释放过程

从上面图中可以看出，当getMyName方法运行完成之后，常量区的内容是会被释放的，放回p收到的只是地址。所以上面案例2是乱码，内容被释放，我们根本不知道是上面东西。

总结

不要返回局部变量地址，局部变量在函数执行之后就释放了，我们没有权限去操作释放后的内存。

堆 注意事项

案例1

int* getSpace() {//手动分配堆空间int *p = malloc(sizeof(int)*5);if (p == NULL) {return 0;}for (int i = 0; i < 5; i++) {p[i] = 1000 + i;}return p;
}void test01() {int* p = getSpace();for (int i = 0; i < 5; i++){printf("p:%d \n",p[i]);}//手动释放堆空间free(p);p = NULL; //防止野指针
}int main() 
{test01();printf("\n\n");system("pause");return EXIT_SUCCESS;
}

运行结果：

从上面代码来看我们使用了malloc来分配空间，分配的内存是存在堆中，所以数据没释放是一直存在的。

案例2

void getMyName(char *pp) 
{//分配内存char * temp = malloc(sizeof(char)*50);if (temp == NULL) {return;}memset(temp,0,50);//赋值strcpy_s(temp,50,"达帮主");pp = temp;
}void test02()
{char* p = NULL;getMyName(p);printf("%s\n",p);
}

运行结果

上面的原因是因为同级指针通过函数参数是无法修饰到p的，所以我们要在函数参数写二级指针。

如果主调函数中没有给指针分配内存，被调函数用同级指针是修饰不到主调函数中的指针的。

看下面案例

void getMyName(char **pp) 
{//分配内存char * temp = malloc(sizeof(char)*50);if (temp == NULL) {return;}memset(temp,0,50);//赋值strcpy_s(temp,50,"达帮主");*pp = temp;
}void test02()
{char* p = NULL;getMyName(&p);printf("%s\n",p);
}

运行结果：

上下的区别是加入二级指针，以及传的是地址，最后吧分配的内存修饰给二级指针

流程图

总结

在理解C内存分区时，常会碰到术语：数据区，堆，栈，静态区，常量区，全局区，字符串常量区，文字常量区，代码区等等。在这里，尝试捋清楚以上分区的关系。

•  数据区包括：堆，栈，全局/静态存储区。
• 全局/静态存储区包括：常量区，全局区、静态区。
• 常量区包括：字符串常量区、常变量区。
• 代码区：存放程序编译后的二进制代码，不可寻址区。

可以说，C/C++内存分区其实只有两个，即代码区和数据区。