Linux下C语言程序的内存布局

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一、C语言内存布局

C程序所占用的内存，可以划分为以下几个部分。

1、栈区（stack）。由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区（heap）。一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式类似于链表。

其中栈区、堆区又合称“动态存储区”，而全局区、文字常量区、程序代码区合称“静态存储区”。动态存储区在程序执行过程中动态分配，大小随之动态变化；静态存储区的大小在程序编译连接阶段就已经确定。

3、全局区（或者叫静态区，static）。全局变量和静态变量是放在一起存储的；初始化的全局变量和静态变量在一块区域（全局初始化区），未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域（全局未初始化区）。全局区在程序结束后由系统释放。

4、文字常量区。存放一般常量、字符串常量，程序结束后由系统释放。

5、程序代码区。存放函数体的二进制代码。

二、实例解释

//main.c
#include<stdio.h>
#include<string.h>int  a=0;  //全局初始化区   
char *p1;  //全局未初始化区   int main(int argc,char** argv)   
{   int   b;   //栈   char  s[]="abc";//栈   char  *p2;   //栈   char  *p3="123456"; //123456/0在常量区，p3在栈上   static int c=0；//全局（静态）初始化区   p1=(char*)malloc(10); //分配得到的10和20字节的区域就在堆区p2=(char*)malloc(20);//123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456" 优化成一个地方   strcpy(p1,"123456");  
}

三、关于堆与栈的理论知识

1、申请方式

（1）栈

由系统自动分配。比如在函数中声明一个局部变量“int b;”，则系统自动在栈中为b开辟空间。（2）堆

需要程序员自己申请，并指明大小。

在C中使用malloc函数进行申请，如“ p1=(char*)malloc(10); ”。

在C++中用new运算符，如“p2 = new char[10]; ”。

注意p1、p2本身是在栈中的。

2、申请后系统的响应

（1）栈

只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

（2）堆

操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。大多数系统会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，因而代码中的delete语句才能正确地释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动将多余的那部分重新放入空闲链表中。

3、申请大小的限制

（1）栈

在Windows下，栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的。

在WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。

（2）堆

堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是因为系统使用链表来存储空闲内存地址，所以自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。

堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

4、申请效率的比较

（1）栈

栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

（2）堆

堆是使用malloc相关函数或者由new来分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来最方便。

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，它直接在进程的地址空间中保留一块内存，虽然用起来最不方便，但是速度快，也最灵活。

5、堆和栈中的存储内容

（1）栈

在函数调用时，第一个进栈的是函数调用语句的下一条可执行语句的地址，然后是函数的各个参数（在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的），然后是函数中的局部变量。

注意，静态变量是不入栈的。

当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

（2）堆

一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容由程序员安排。

6、存取效率的比较
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";   
char *s2  = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";  
上面代码中，aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的，而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的。在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串（例如堆）快。

比如：
#include<stdio.h>int main(int argc,char* argv[])
{   char a=1;   char c[] = "1234567890";   char *p  = "1234567890";   a =  c[1];   a =  p[1];return;   
}   
对应的汇编代码：
  10:   a   =   c[1];   00401067   8A   4D   F1   mov   cl,byte   ptr   [ebp-0Fh]   0040106A   88   4D   FC   mov   byte   ptr   [ebp-4],cl   11:   a   =   p[1];   0040106D   8B   55   EC   mov   edx,dword   ptr   [ebp-14h]   00401070   8A   42   01   mov   al,byte   ptr   [edx+1]   00401073   88   45   FC   mov   byte   ptr   [ebp-4],al   
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，再根据edx读取字符，显然慢了。

7、小结

堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出：

使用栈就像我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作，以及和洗碗、刷锅等扫尾工作。它的好处是快捷，但是自由度小。

使用堆就像是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。