C程序的内存空间布局(栈、堆、数据区、常量区、代码区)

目录

  • C程序的内存空间布局
    • 动态区
      • 栈区
      • 堆区
    • 静态区
      • 数据区
      • 常量区
      • 代码区
    • 栈的地址测试
    • 堆的测试地址
    • 静态区演示

橙色

C程序的内存空间布局

补充:内存地址和内存空间

内存地址是一个编号,通常由16进制表示,它代表一个内存空间。在计算机中存储器的容量是以字节为基本单位的,也就是说一个内存地址代表一个字节(8bit)的存储空间,即按字节寻址

假设一个int类型的变量x占用4个字节,则会占用4个连续的内存空间,x的内存地址则为第一个内存空间的地址。

对于32位操作系统,内存地址长度为32位,则可以表示2的32次方个内存空间(可寻址空间),即4GB;

计算:2^32 * 1B = 2^32B = 2^22 KB = 2^12 MB = 2^2 GB = 4GB

对于64位操作系统,内存地址长度为64位,则可以表示2的64次方个内存空间(16777216TB);但实际上,主板和CPU的限制导致一般的电脑所支持的内存最大只有16GB而已。


C程序(例如a.out)运行时会被加载入内存中,而这个内存一般分为五个分区:栈区、堆区、数据区、常量区、代码区。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

动态区

动态区的内容会根据执行情况而动态变化。

栈区

栈(stack)是用户存放程序临时创建的局部变量,在函数被调用时,其参数也会被压入发起调用的进程栈中,并且等调用结束后,函数的返回值也会被存放在回栈中。

  • 栈的大小:最大大小由编译时确定,不会太大。
  • 释放和分配:由编译器自动分配释放,由操作系统自动管理,无须手动管理。
  • 栈区地址:由高地址向低地址生长。
  • 若越界访问则会出现段错误(Segmentation Fault)
  • 若多次递归调用增加栈帧导致越界则会出现栈溢出(Stack Overflow)

栈的大小可以通过ulimit命令查看:

ulimit -s # 只查看stack的大小
ulimit -a # 查看当前所有的资源限制,stack 字段,单位Kbytes

在这里插入图片描述
可以看到栈的大小默认为8192KB,即8M;

代码示例

int main() {int x =10;  // 栈存储int y = 20; // 栈存储return 0;
}

堆区

  • 堆区存放:程序运行中动态存储分配的空间
  • 堆区大小:视内存大小而定,由程序员进行分配。
  • 堆区地址:由低地址向高地址生长

代码示例

int main() {int x =10;  // 栈分配int y = 20; // 栈分配char *p = (char*)malloc(256); //堆分配return 0;
}

静态区

静态区的内容在整个程序的生命周期内都存在,由编译器在编译的时候分配。

数据区

根据数据是否被初始化又分为:bss段与data段。

  • 未初始化数据段(bss

通常将此段称为bss段,这一名称来源于早期汇编程序的一个操作符,意思是block started by symbol(由符号开始的块)

存放未初始化的全局变量,属于静态内存分配。在程序开始执行之前,内核将此段初始化为0。

代码示例

long sum[1000]; // 此变量存放在非初始化数据段中int main(void) {// ...return 0;
}
  • 已初始化数据段(data

存放已初始化的全局变量和静态变量,属于静态内存分配,其内容由程序初始化。

代码示例

float PI= 3.14f; // 此变量以初值存放在初始化数据段中int main(void) {// ...return 0;
}

常量区

常量区存放字符串常量、const修饰的全局变量。程序运行期间,常量区的内容不可以被修改。

代码区

代码区(text),又叫:正文段、代码段。

通常是用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且内存区域通常属于只读,某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序。

栈的地址测试

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int x = 10; // 栈分配int y = 10; // 栈分配int *p = &x; // 栈分配printf("&x = %p\n", &x);printf("&y = %p\n", &y);printf("&p = %p\n", &p);exit(0);
}

打印结果:

&x = 0x7ffd1ce3e33c
&y = 0x7ffd1ce3e338
&p = 0x7ffd1ce3e330

可以看到x,y,p的地址从高向低依次排列。

堆的测试地址

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int x = 10;int y = 10;int *p = &x;char *q = (char *)malloc(256 * sizeof(char)); // 堆上分配printf("&x = %p\n", &x);printf("&y = %p\n", &y);printf("&p = %p\n", &p);printf("&q = %p\n", &q);free(q);exit(0);
}

打印结果:

&x = 0x7ffd4ab330fc
&y = 0x7ffd4ab330f8
&p = 0x7ffd4ab330f0
&q = 0x7ffd4ab330e8

可以看到分配在堆区的q的地址在其他三个的低处,且距离较远。

静态区演示

#include <stdio.h>
// 数据区:data段
char m = 'a';
char n = 'a';// 数据区:bss段
char arr1[10];// 数据区:data段
char static MAX = 'a';
// 数据区:bss段
char static MIN;void test() {// 栈区int x, y;// 常量区const int z = 10;// 数据区:data段static char a = 'a';// 数据区:bss段static char b;// "Hello World"在常量区// p在栈区const char *p = "Hello World";// "123456"和arr均在栈区,且地址相同char arr2[] = "123456";
}int main(void) {test();return 0;
}

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