C語言程式設計程式的記憶體如何布局

<a>C語言程式設計程式的記憶體如何布局</a>

C語言程式在記憶體中各個段的組成

　　C語言程式連接配接過程中的特性和常見錯誤

　　C語言程式的運作方式

　　一：C語言程式的存儲區域

　　由C語言代碼(文本檔案)形成可執行程式(二進制檔案)，需要經過編譯-彙編-連接配接三個階段。編譯過程把C語言文本檔案生成彙程式設計式，彙編過程把彙程式設計式形成二進制機器代碼，連接配接過程則将各個源檔案生成的二進制機器代碼檔案組合成一個檔案。

　　C語言編寫的程式經過編譯-連接配接後，将形成一個統一檔案，它由幾個部分組成。在程式運作時又會産生其他幾個部分，各個部分代表了不同的存儲區域：

　　1.代碼段(Code或Text)

　　代碼段由程式中執行的機器代碼組成。在C語言中，程式語句進行編譯後，形成機器代碼。在執行程式的過程中，CPU的程式計數器指向代碼段的每一條機器代碼，并由處理器依次運作。

　　2.隻讀資料段(RO data)

　　隻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，由于這些變量不需要更改，是以隻需要放置在隻讀存儲器中即可。

　　3.已初始化讀寫資料段(RW data)

　　已初始化資料是在程式中聲明，并且具有初值的變量，這些變量需要占用存儲器的空間，在程式執行時它們需要位于可讀寫的記憶體區域内，并具有初值，以供程式運作時讀寫。

　　4.未初始化資料段(BSS)

　　未初始化資料是在程式中聲明，但是沒有初始化的變量，這些變量在程式運作之前不需要占用存儲器的空間。

　　5.堆(heap)

　　堆記憶體隻在程式運作時出現，一般由程式員配置設定和釋放。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(例如一個程序)結束後回收記憶體。

　　6.棧(stack)

　　棧記憶體隻在程式運作時出現，在函數内部使用的變量、函數的參數以及傳回值将使用棧空間，棧空間由編譯器自動配置設定和釋放。

　　C語言目标檔案的記憶體布局

　　看一個例子：

　　int a = 0; //全局初始化區，。data段

　　static int b=20; //全局初始化區，。data段

　　char *p1; //全局未初始化區 .bss段

　　const int A = 10; //.rodata段

　　void main(void)

　　{

　　int b; //棧

　　char s[] = "abc"; //棧

　　char *p2; //棧

　　static int c = 0; //全局(靜态)初始化區 .data段

　　char *p3 = "123456"; //123456\0在常量區，p3 在棧上。

　　p1 = (char*) malloc(10);//配置設定得來的10和20個位元組的區域就在堆區

　　p2 = (char*) malloc(20);

　　strcpy(p1, "123456"); //123456\0 在常量區，編譯器可能會将它與p3所指向的"123456"優化成一個地方

　　}

　

　代碼段、隻讀資料段、讀寫資料段、未初始化資料段屬于靜态區域，而堆和棧屬于動态區域。代碼段、隻讀資料段和讀寫資料段将在連結之後産生，未初始化資料

段将在程式初始化的時候開辟，而堆和棧将在程式的運作中配置設定和釋放。C語言程式分為映像和運作時兩種狀态。在編譯-連接配接後形成的映像中，将隻包含代碼段

(Text)、隻讀資料段(RO Data)和讀寫資料段(RW Data)。在程式運作之前，将動态生成未初始化資料段(BSS)，在程式的運作時還将

動态形成堆(Heap)區域和棧(Stack)區域。一般來說，在靜态的映像檔案中，各個部分稱之為節(Section)，而在運作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語言在編譯和連接配接後，将生成代碼段(Text)、隻讀資料段(RO Data)和讀寫資料段(RW Data)。在運作時，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.代碼段(code或text)

　　代碼段由各個函數産生，函數的每一個語句将最終經過編繹和彙編生成二進制機器代碼(具體生生哪種體系結構的機器代碼由編譯器決定)。

　　2.隻讀資料段(RO Data)

　　隻讀資料段由程式中所使用的資料産生，該部分資料的特點是在運作中不需要改變，是以編譯器會将該資料段放入隻讀的部分中。C語言中的隻讀全局變量，隻讀局部變量，程式中使用的常量等會在編譯時被放入到隻讀資料區。

　注意：定義全局變量const char a[100]={"ABCDEFG"};将生成大小為100個位元組的隻讀資料區，并使用“ABCDEFG”初

始化。如果定義為：const char a[ ]={"ABCDEFG"};則根據字元串長度生成8個位元組的隻讀資料段(還有’\0’)，是以在隻讀數

據段中，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标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，這部分資料段和代碼段，與隻讀資料段一樣都屬于程

序中的靜态區域，但具有可寫性的特點。通常已初始化的全局變量和局部靜态變量被放在了讀寫資料段，如： 在函數中定義

static char b[ 100]={“ABCDEFG”};讀寫資料區的特點是必須在程式經過初始化，如果隻定義，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)。如果全局變量(函數外部定義的變量)加入static修飾，這表示隻能在檔案内使用，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，它也屬于靜态資料區，但是該段中的資料沒有經過初始化。是以它隻會在目标檔案中被辨別，而不會真正稱為目标檔案中的一段，該段将會在運作時産生。未初始化資料段隻在運作的初始化階段才會産生，是以它的大小不會影響目标檔案的大小。

　　在C語言的程式中，對變量的使用還有以下幾點需要注意：

　　1.函數體中定義的變量通常是在棧上，不需要在程式中進行管理，由編繹器處理。

　　2.用malloc,calloc,realloc等配置設定記憶體的函數所配置設定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.所有函數體外定義的是全局變量，加了static後的變量不管是在函數内部或外部都放在全局區。

　　4.使用const定義的變量将放于程式的隻讀資料區。

　　三：程式中段的使用

　　下面用一個簡單的例子來說明C語言中變量和段的對應關系。C語言程式中的全局區(靜态區)，實際對應着下述幾個段：RO Data; RW Data ; BSS Data.

　　一般來說，直接定義的全局變量在未初始化資料區，如果該變量有初始化則是在已初始化資料區(RW Data)，加上const則将放在隻讀資料區。

　　const char ro[ ] = {"this is read only data"}; //隻讀資料區

　　static char rw_1[ ] ={"this is global read write data"}; //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"; //字元串放在隻讀取資料段

　　int main()

　　short b; //在棧上，占用2個位元組

　　char a[100]; //在棧上開辟100個位元組， 它的值是其首位址

　　char s[ ]="abcdefg"; //s在棧上，占用4個位元組，"abcdefg"本身放置在隻讀資料存儲區，占8個位元組

　　char *p1; //p1在棧上，占用4個位元組

　　char *p2="123456"; //p2 在棧上，p2指向的内容不能改，“123456”在隻讀資料區

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

　　static char BSS_2[100]; //局部未初始化資料段

　　static int c = 0; //全局(靜态)初始化區

　　p1=(char *)malloc(10 * sizeof(char ) ); //配置設定記憶體區域在堆區

　　strcpy(p1,"xxxx"); //“XXXX”放在隻讀資料區，占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局變量 static char rw_1[ ]以及局部靜态變量static rw_2[ ].其差别在于編繹時，是在

函數内部使用的還是可以在整個檔案中使用。對于rw_1[] 無論有無static 修飾，其都将被放置在讀寫資料區，隻是能否被其它檔案引用與否。對于

後者就不一樣了，它是局部靜态變量，放置在讀寫資料區，如果沒static修飾，其意義完全改變，它将會是開辟在棧空間的局部變量，而不是靜态變量，在這

裡rw_1[],rw_2[]後沒具體數值，表示靜态區大小同後面字元串長度決定。

　對于未初始化資料區BSS_1[100]與BSS_2[100]，其差別在于前者是全局變量，在所有檔案中都可以使用;後者是局部變量，隻在函數内部使

用。未初始化資料段不設定後面的初始化數值，是以必須使用數值指定區域的大小，編繹器将根據大小設定BSS中需要增加的長度。

　　棧空間主要用于以下3資料的存儲：

　　1.函數内部的動态變量

　　2.函數的參數

　　3.函數的傳回值

　　棧空間是動态開辟與回收的。在函數調用過程中，如果函數調用的層次比較多，所需要的棧空間也逐漸加大，對于參數的傳遞和傳回值，如果使用較大的結構體，在使用的棧空間也會比較大。