C語言記憶體配置設定，棧區、堆區、全局區、常量區和代碼區都是什麼？

在C語言中，記憶體的配置設定和管理是程式設計中非常重要的一部分。了解記憶體的不同配置設定區域，如棧區、堆區、全局區、常量區和代碼區，對于編寫高效、安全的程式至關重要。本文将圍繞這個主題深入講解C語言中這些記憶體配置設定區域的特點和用途。

C語言記憶體整體分布示意圖如下：

記憶體整體分布圖

1. 棧區（Stack）

棧區是由編譯器自動管理的一塊記憶體區域，用于存儲局部變量和函數調用時的相關資訊。棧區采用後進先出（LIFO）的方式進行資料存取，當函數被調用時，局部變量和函數參數被配置設定在棧上，當函數傳回時，這些資料會被自動釋放。

棧區的大小通常是固定的，而且相對較小。是以，過度遞歸或大量的局部變量可能導緻棧溢出（Stack Overflow）的錯誤。為了避免這種情況，應該盡量避免過深的函數嵌套和過多的局部變量。

#include <stdio.h>

void foo() {
    int x = 10; // x是局部變量，存儲在棧區
    printf("局部變量x的位址：%p\n", &x);
}

int main() {
    foo();
    return 0;
}
           

2. 堆區（Heap）

堆區是由程式員手動配置設定和釋放記憶體的一塊區域。在堆區中，資料的生命周期由程式員控制，可以動态地配置設定和釋放記憶體。堆區的大小通常較大，适合存儲大量的動态資料。

在C語言中，可以使用malloc()和free()函數來在堆區進行記憶體配置設定和釋放。需要注意的是，對于每次使用malloc()配置設定的記憶體塊，都需要在不需要時使用free()釋放，否則會導緻記憶體洩漏。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int* ptr;
    ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); // 在堆區配置設定5個整型的記憶體塊
    if (ptr == NULL) {
        printf("記憶體配置設定失敗\n");
        return 1;
    }

    // 使用配置設定的記憶體塊
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        ptr[i] = i + 1;
        printf("ptr[%d] = %d\n", i, ptr[i]);
    }

    // 釋放記憶體塊
    free(ptr);

    return 0;
}
           

3. 全局區（Global）

全局區是用于存儲全局變量和靜态變量的一塊記憶體區域。全局變量是在函數外部聲明的變量，它的生命周期從程式的開始到結束。靜态變量是在函數内部使用static關鍵字聲明的變量，它的生命周期也從程式的開始到結束，但作用域僅限于所在的代碼塊。

全局區的記憶體配置設定在程式啟動時完成，它的大小取決于全局變量和靜态變量的數量和大小。在程式執行過程中，全局區的資料始終存在于記憶體中，不會因函數的調用和傳回而改變。

#include <stdio.h>

int globalVar = 10; // 全局變量

void foo() {
    static int staticVar = 20; // 靜态變量
    printf("全局變量globalVar的位址：%p\n", &globalVar);
    printf("靜态變量staticVar的位址：%p\n", &staticVar);
}

int main() {
    foo();
    return 0;
}
           

4. 常量區（Constant）

常量區是用于存儲常量資料的一塊記憶體區域，它的資料在程式執行期間不能被修改。常量區通常包含字元串常量和全局const常量。

#include <stdio.h>

const int constant = 100; // 全局const常量，存儲在常量區

int main() {
    const char* str = "Hello, World!"; // 字元串常量，存儲在常量區
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}
           

5. 代碼區（Code）

代碼區是用于存儲程式的機器指令的一塊記憶體區域。在程式運作時，代碼區的指令按照程式的邏輯順序依次執行。代碼區是隻讀的，程式不允許修改代碼區的内容。

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b; // 這部分代碼存儲在代碼區
}

int main() {
    int result = add(5, 3); // 這部分代碼也存儲在代碼區
    printf("5 + 3 = %d\n", result);
    return 0;
}
           

結論

本文圍繞C語言中記憶體的配置設定和管理，深入講解了棧區、堆區、全局區、常量區和代碼區的特點和用途。棧區用于自動管理函數調用時的局部變量，堆區用于手動管理動态記憶體，全局區用于存儲全局變量和靜态變量，常量區用于存儲常量資料，代碼區用于存儲程式的機器指令。了解這些記憶體配置設定區域，有助于編寫高效、安全的C語言程式，并更好地了解C語言程式的執行過程和記憶體使用機制。