C語言：記憶體四區

文章目錄

• C語言之記憶體四區
• • 棧區
  • 堆區
  • 全局區（靜态區）
  • 代碼區

C語言之記憶體四區

C語言編譯執行在CPU上的時候，其記憶體占用主要可以分為四個區域：棧區、堆區、全局區、代碼區，這四個區域有着不同的存儲特性和存儲位置，下面一一介紹；

棧區

棧區是RAM裡面的一段，主要用于臨時存放函數的參數值、局部變量值，該記憶體的配置設定過程由編譯器進行配置設定，當我們在main中調用一個函數 fun() 的時候，編譯器會将main函數的運作資料進行壓棧做現場保護，儲存main函數運作時對應的寄存器值以及main函數的傳回位址到堆棧，然後将fun的參數進行壓棧，開始運作函數程式，當fun()函數執行完成之後，編譯器會進行出棧操作，彈出目前函數的參數值（局部變量的生命周期就是從壓棧到出棧的這段時間），當SP指針（棧頂指針）指向傳回位址時，會把參數指派給PC（程式計數器），程式跳轉到原先main中調用的地方，然後SP繼續向下走，彈出main函數的運作狀态到寄存器裡面，之後main函數繼續運作程式，這就是棧區的運作流程，運作流程就如下圖：

由上面的描述我們可以明白棧區有如下特點：

1. 就是RAM裡面一個存儲空間，其生長方向由高位址向低位址生長（到底後就不能繼續生長，記憶體有限），有一個專門的棧頂指針（SP）指向棧頂
2. 記憶體配置設定的操作由編譯器來進行，程式自動向作業系統申請配置設定以及回收，速度快且使用友善
3. 棧區通常用來存儲局部變量和函數參數以及函數調用後傳回的位址

堆區

堆區也是RAM裡面的一段，一般由程式員手動配置設定釋放 （比如使用C語言内的malloc和free動态記憶體配置設定） ，調用函數後會向作業系統申請一塊記憶體，當系統收到程式的申請時，會周遊一個記錄空閑記憶體位址的連結清單，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然後将該結點從空閑結點連結清單中删除，并将該結點的空間配置設定給程式，若程式員不釋放，程式結束時可能由作業系統回收，如果因為其他原因沒有及時釋放，程式結束後，沒有指針指向這一塊記憶體，則會導緻記憶體洩漏

記憶體洩漏是指程式中動态配置設定的的堆記憶體，由于某些原因無法釋放或者未釋放，造成的記憶體浪費

堆區的特點：

1. 由程式員來進行配置設定，靈活性大，但其配置設定的速度較慢，位址不連續，容易碎片化
2. 位址生長方向由低位址往高位址，申請上限由計算機自身的虛拟記憶體來決定

虛拟記憶體的定義是基于對位址空間的重定義的，即把位址空間定義為

連續的虛拟記憶體位址

，以借此「欺騙」程式，使它們以為自己正在使用一大塊的

連續

位址，對程式來說它是連續的，完整的，實際上虛拟記憶體是映射在多個實體記憶體碎片上，還有部分映射到了外部磁盤存儲器上。虛拟記憶體有以下兩個優點：

1.虛拟記憶體位址空間是連續的，沒有碎片

2.虛拟記憶體的最大空間就是CPU的最大尋址空間，不受記憶體大小的限制，能提供比記憶體更大的位址空間

全局區（靜态區）

全局區用于存放全局變量和靜态變量以及常量，變量中**初始化過的變量 ** 和 未初始化的變量或者初始化為0的變量放在不同區域：

1. 初始化的全局變量和靜态變量在一塊區域
2. 未初始化的全局變量和未初始化的靜态變量或者初始化為0的全局\靜态變量在相鄰的另一塊區域
3. 常量如字元串常量，const聲明後的變量存放在常量區

Tips：兩種變量為什麼要分開放呢？

此處主要涉及到程式三段概念：程式三段分為如下三段：

1. 代碼段（.text段）
2. 資料段（.data段）
3. .bbs段

每一段的功能如下：

代碼段：存放指令代碼（局部變量也放在代碼段），隻讀

資料段：存放初始化值不為0的全局變量或靜态變量，可寫

BSS段：存放初始化為0或未初始化的全局或靜态變量，可寫

可以看到程式三段和記憶體四區有一定的對應關系的，初始時啟動代碼會加載記憶體四區的資料，為了讓啟動代碼更加簡單快速，編譯連結器會直接按照分區讀取資料到對應的程式段，比如直接複制全局區的初始化變量到資料段，或者直接将未初始化段的區域直接清零後讀取到.bbs段，簡化啟動流程

注意：程式三段是CPU級别的概念，記憶體四區是C語言級别的概念

代碼區

代碼區用于存放機器指令，代碼區是可共享的（即另外的執行程式可以調用它），主要為了程式可複用，不用同樣的程式放幾份，代碼區通常是隻讀的，主要防止指令被程式意外修改