2.0 内存模型

编程之路 2021-11-25 16:48:17 378次浏览 0次留言

C

内存布局

简单模型图：

简单内存布局

内存分区	描述
栈（stack，又称堆栈）	由编译器自动分配和释放，存放函数的参数值、局部变量的值、函数的返回值等。形如数据结构中的栈，具有后进先出的特点。进程的栈空间位于进程用户空间的顶端，并向下扩展。每次函数调用都会在进程栈空间中开辟自己的栈空间，函数返回后，函数的栈空间消失，所以函数返回局部变量的地址是非法的。
堆 (heap)	堆内存是在程序运行过程中分配，一般由程序员手动分配和释放，若不释放，程序退出时会由操作系统回收。其大小并不固定，可动态扩张或缩减。
数据段（Data segment）	含全局变量和静态变量。可大致分为未初始化数据段（`.bss`）和初始化数据段（`.data`）
代码段 (Text segment)	存放 CPU 执行的机器指令。代码区是可以跨进程共享的，在内存中有一份代码即可。且通常也是只读的，以防止程序意外修改其执行。

这里，可对数据区再做一个更细致的划分

分区	描述
`.bss` （Block Started by Symbol）	用来存储未初始化的全局变量和静态变量。而在程序开始执行之前（也就是main()之前），内核会将这部分的数据初始化为0或一个空指针。
`.data`	用于保存初始化的全局变量和静态静态变量。注意该区不是只读的，变量的值可以在运行时改变。
`.rodata`（read-only-data）	只读数据段，存储const修饰的全局变量、诸如“Hello World”的字符串常量。编译器会去掉重复的字符串常量，程序的每个字符串常量只有一份，并且是多个进程间共享的，以提高空间利用率。注意，有些嵌入式系统中，rodata放在ROM里，运行时直接读取，而无需要加载到RAM内存

内存布局模型：

内存布局

以Linux 32位系统内存布局为例，其实际内存布局结构如下图：

横向示意图：

对于x86架构的CPU，其栈顶的地址要比栈底低，模型图：

写一段C代码来验证上述结论

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

int g_var1;      // 未初始化的全局变量，存储在数据段的BSS区域，值默认为0
int g_var2 = 20; // 初始化的全局变量，存储在数据段的data区域，初始化值20

int main(int argc, char **argv) {
    static int s_var1;    // 未初始化的静态变量，存储在数据段的BSS区域，默认值为0
    static int s_var2=10; // 初始化的静态变量，存储在数据段的data区域，初始化值10

    // 初始化的局部变量，存储在栈中。"Hello "字符串常量被存储在RODATA区域中
    char *str="Hello"; 
    
    // 未初始化的局部变量，存储在栈中。其值是一个随机值，此时ptr称为 "野指针"
    char *ptr; 
    
    // 从堆中分配100字节的内存空间，并将内存空间的第一个地址返回给ptr保存
    ptr = malloc(100); 

    printf("[cmd args]: argv address: %p\n", argv);
    printf("\n");
    printf("[stack]: str address: %p\n", &str);
    printf("[ stack]: ptr address: %p\n", &ptr);
    printf("\n");
    printf("[heap]: malloc address: %p\n", ptr);
    printf("\n");
    printf("[bss]: s_var1 address: %p value: %d\n", &s_var1, g_var1);
    printf("[bss]: g_var1 address: %p value: %d\n", &g_var1, g_var1);
    printf("[data]: g_var2 address: %p value: %d\n", &g_var2, g_var2);
    printf("[data]: s_var2 address: %p value: %d\n", &s_var2, s_var2);
    printf("[rodata]: \"%s\" address: %p \n", str, str);
    printf("\n");
    printf("[text]: main() address: %p\n", main);
    printf("\n");
    free(ptr);
    return 0;
}

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