内存分布
C代码编译过程
- 预处理
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- 宏定义展开、头文件展开、条件编译,这里并不会检查语法
- 编译
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- 检查语法,将预处理后文件编译生成汇编文件
- 汇编
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- 将汇编文件生成目标文件(二进制文件)
- 链接
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- 将目标文件链接为可执行程序
进程的内存分布
- 程序运行起来(没有结束前)就是一个进程
- 对于一个C语言程序而言,内存空间主要由五个部分组成 代码区(text)、数据区(data)、未初始化数据区(bss),堆(heap) 和 栈(stack) 组成
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- 有些人直接把data和bss合起来叫做静态区或全局区
- 代码区(text segment)
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- 加载的是可执行文件代码段,所有的可执行代码都加载到代码区,这块内存是不可以在运行期间修改的。
- 未初始化数据区(BSS)
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- 加载的是可执行文件BSS段,位置可以分开亦可以紧靠数据段,存储于数据段的数据(全局未初始化,静态未初始化数据)的生存周期为整个程序运行过程。
- 全局初始化数据区/静态数据区(data segment)
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- 加载的是可执行文件数据段,存储于数据段(全局初始化,静态初始化数据,文字常量(只读))的数据的生存周期为整个程序运行过程。
- 栈区(stack)
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- 栈是一种先进后出的内存结构,由编译器自动分配释放,存放函数的参数值、返回值、局部变量等。在程序运行过程中实时加载和释放,因此,局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。
- 堆区(heap)
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- 堆是一个大容器,它的容量要远远大于栈,但没有栈那样先进后出的顺序。用于动态内存分配。堆在内存中位于BSS区和栈区之间。一般由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收。
堆区内存的使用
malloc函数说明
#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
功能:在内存的动态存储区(堆区)中分配一块长度为size字节的连续区域,用来存放类型说明符指定的类型。分配的内存空间内容不确定。
参数:size:需要分配内存大小(单位:字节)
返回值:成功:分配空间的起始地址失败:NULL
free函数说明
#include <stdlib.h>
void free(void *ptr);
功能:释放ptr所指向的一块内存空间,ptr是一个任意类型的指针变量,指向被释放区域的首地址。对同一内存空间多次释放会出错。
参数:ptr:需要释放空间的首地址,被释放区应是由malloc函数所分配的区域。
返回值:无
实例代码
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>int main() {int i, *arr, n;printf("请输入要申请数组的个数: ");scanf("%d", &n);// 堆区申请 n * sizeof(int) 空间,等价int arr[n]arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));if (arr == NULL) { // 如果申请失败,提前中断函数printf("申请空间失败!\n");return -1;}for (i = 0; i < n; i++){// 给数组赋值arr[i] = i;}for (i = 0; i < n; i++) {// 输出数组每个元素的值printf("%d, ", *(arr+i));}// 释放堆区空间free(arr);return 0;
}
内存分布代码分析
返回栈区地址
#include <stdio.h>int *func() {int a = 10;return &a; // 函数调用完毕,因为a是局部变量,a释放
}int main() {int *p = NULL;p = func();*p = 100; // 操作野指针指向的内存,errprintf("11111111111111111\n"); // 这句话可能执行不到,因为上一句话报错return 0;
}
返回Data区地址
- 在函数内部使用static修饰的变量称为静态局部变量
- 它在程序运行期间只被初始化一次,并且在函数调用结束后也不会被销毁
#include <stdio.h>int *func() {// 静态局部变量,只会初始化一次static int a = 10;return &a; // 函数调用完毕,a不释放
}int main() {int *p = NULL;p = func();*p = 100; // okprintf("*p = %d\n", *p);return 0;
}
返回堆区地址
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int *func() {int *tmp = NULL;// 堆区申请空间tmp = (int *)malloc(sizeof(int));*tmp = 100;return tmp; // 返回堆区地址,函数调用完毕,不释放
}int main() {int *p = NULL;p = func();printf("*p = %d\n", *p); // ok// 堆区空间,使用完毕,手动释放if (p != NULL) {free(p);p = NULL;}return 0;
}
普通局部变量和静态局部变量区别
存储位置
普通局部变量存储在栈上
静态局部变量存储在静态存储区
生命周期
当函数执行完毕时,普通局部变量会被销毁
静态局部变量的生命周期则是整个程序运行期间,即使函数调用结束,静态局部变量的值也会被保留
初始值
普通局部变量在每次函数调用时都会被初始化,它们的初始值是不确定的,除非显式地进行初始化
静态局部变量在第一次函数调用时会被初始化,然后保持其值不变,直到程序结束
#include <stdio.h>void normal_func() {int i = 0;i++;printf("局部变量 i = %d\n", i);
}void static_func() {static int j = 0;j++;printf("static局部变量 j = %d\n", j);
}int main() {// 调用3次normal_func()normal_func();normal_func();normal_func();// 调用3次static_func()static_func();static_func();static_func();return 0;
}
运行结果
局部变量 i = 1
局部变量 i = 1
局部变量 i = 1
static局部变量 j = 1
static局部变量 j = 2
static局部变量 j = 3