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教您布局C語(yǔ)言編程程序的內(nèi)存 重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容： C語(yǔ)言程序在內(nèi)存中各個(gè)段的組成 C語(yǔ)言程序連接過(guò)程中的特性和常見(jiàn)錯(cuò)誤 C語(yǔ)言程序的運(yùn)行方式 一：C語(yǔ)言程序的存儲(chǔ)區(qū)域 由C語(yǔ)言代碼(文本文件)形成可執(zhí)行程序(二進(jìn)制文件)，需要經(jīng)過(guò)編譯-匯編-連接三個(gè)階段。編譯過(guò)程把C語(yǔ)言文本文件生成匯編程序，匯編過(guò)程把匯編程序形成二進(jìn)制機(jī)器代碼，連接過(guò)程則將各個(gè)源文件生成的二進(jìn)制機(jī)器代碼文件組合成一個(gè)文件。 C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序經(jīng)過(guò)編譯-連接后，將形成一個(gè)統(tǒng)一文件，它由幾個(gè)部分組成。在程序運(yùn)行時(shí)又會(huì)產(chǎn)生其他幾個(gè)部分，各個(gè)部分代表了不同的存儲(chǔ)區(qū)域： 1.代碼段(Code或Text) 代碼段由程序中執(zhí)行的機(jī)器代碼組成。在C語(yǔ)言中，程序語(yǔ)句進(jìn)行編譯后，形成機(jī)器代碼。在執(zhí)行程序的過(guò)程中，CPU的程序計(jì)數(shù)器指向代碼段的每一條機(jī)器代碼，并由處理器依次運(yùn)行。 2.只讀數(shù)據(jù)段(RO data) 只讀數(shù)據(jù)段是程序使用的一些不會(huì)被更改的數(shù)據(jù)，使用這些數(shù)據(jù)的方式類似查表式的操作，由于這些變量不需要更改，因此只需要放置在只讀存儲(chǔ)器中即可。 3.已初始化讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段(RW data) 已初始化數(shù)據(jù)是在程序中聲明，并且具有初值的變量，這些變量需要占用存儲(chǔ)器的空間，在程序執(zhí)行時(shí)它們需要位于可讀寫(xiě)的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)，并具有初值，以供程序運(yùn)行時(shí)讀寫(xiě)。 4.未初始化數(shù)據(jù)段(BSS) 未初始化數(shù)據(jù)是在程序中聲明，但是沒(méi)有初始化的變量，這些變量在程序運(yùn)行之前不需要占用存儲(chǔ)器的空間。 5.堆(heap) 堆內(nèi)存只在程序運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，一般由程序員分配和釋放。在具有操作系統(tǒng)的情況下，如果程序沒(méi)有釋放，操作系統(tǒng)可能在程序(例如一個(gè)進(jìn)程)結(jié)束后回收內(nèi)存。 6.棧(stack) 棧內(nèi)存只在程序運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，在函數(shù)內(nèi)部使用的變量、函數(shù)的參數(shù)以及返回值將使用棧空間，棧空間由編譯器自動(dòng)分配和釋放。 C語(yǔ)言目標(biāo)文件的內(nèi)存布局 看一個(gè)例子： int a = 0; //全局初始化區(qū)，。data段 static int b=20; //全局初始化區(qū)，。data段 char *p1; //全局未初始化區(qū) .bss段 const int A = 10; //.rodata段 void main(void) { int b; //棧 char s[] = "abc"; //棧 char *p2; //棧 static int c = 0; //全局(靜態(tài))初始化區(qū) .data段 char *p3 = "123456"; //123456\0在常量區(qū)，p3 在棧上。 p1 = (char*) malloc(10);//分配得來(lái)的10和20個(gè)字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū) p2 = (char*) malloc(20); strcpy(p1, "123456"); //123456\0 在常量區(qū)，編譯器可能會(huì)將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方 } 代碼段、只讀數(shù)據(jù)段、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段、未初始化數(shù)據(jù)段屬于靜態(tài)區(qū)域，而堆和棧屬于動(dòng)態(tài)區(qū)域。代碼段、只讀數(shù)據(jù)段和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段將在鏈接之后產(chǎn)生，未初始化數(shù)據(jù)段將在程序初始化的時(shí)候開(kāi)辟，而堆和棧將在程序的運(yùn)行中分配和釋放。C語(yǔ)言程序分為映像和運(yùn)行時(shí)兩種狀態(tài)。在編譯-連接后形成的映像中，將只包含代碼段(Text)、只讀數(shù)據(jù)段(RO Data)和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段(RW Data)。在程序運(yùn)行之前，將動(dòng)態(tài)生成未初始化數(shù)據(jù)段(BSS)，在程序的運(yùn)行時(shí)還將動(dòng)態(tài)形成堆(Heap)區(qū)域和棧(Stack)區(qū)域。一般來(lái)說(shuō)，在靜態(tài)的映像文件中，各個(gè)部分稱之為節(jié)(Section)，而在運(yùn)行時(shí)的各個(gè)部分稱之為段(Segment)。如果不詳細(xì)區(qū)分，可以統(tǒng)稱為段。 知識(shí)點(diǎn)： C語(yǔ)言在編譯和連接后，將生成代碼段(Text)、只讀數(shù)據(jù)段(RO Data)和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段(RW Data)。在運(yùn)行時(shí)，除了以上三個(gè)區(qū)域外，還包括未初始化數(shù)據(jù)段(BSS)區(qū)域和堆(Heap)區(qū)域和棧(Stack)區(qū)域。 二：C語(yǔ)言程序的段 1.代碼段(code或text) 代碼段由各個(gè)函數(shù)產(chǎn)生，函數(shù)的每一個(gè)語(yǔ)句將最終經(jīng)過(guò)編繹和匯編生成二進(jìn)制機(jī)器代碼(具體生生哪種體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器代碼由編譯器決定)。 2.只讀數(shù)據(jù)段(RO Data) 只讀數(shù)據(jù)段由程序中所使用的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，該部分?jǐn)?shù)據(jù)的特點(diǎn)是在運(yùn)行中不需要改變，因此編譯器會(huì)將該數(shù)據(jù)段放入只讀的部分中。C語(yǔ)言中的只讀全局變量，只讀局部變量，程序中使用的常量等會(huì)在編譯時(shí)被放入到只讀數(shù)據(jù)區(qū)。 注意：定義全局變量const char a[100]={"ABCDEFG"};將生成大小為100個(gè)字節(jié)的只讀數(shù)據(jù)區(qū)，并使用“ABCDEFG”初始化。如果定義為：const char a[ ]={"ABCDEFG"};則根據(jù)字符串長(zhǎng)度生成8個(gè)字節(jié)的只讀數(shù)據(jù)段(還有’\0’)，所以在只讀數(shù)據(jù)段中，一般都需要做完全的初始化。 3.讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段(RW Data) 讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段表示了在目標(biāo)文件中一部分可以讀也可以寫(xiě)的數(shù)據(jù)區(qū)，在某些場(chǎng)合它們又被稱為已初始化數(shù)據(jù)段，這部分?jǐn)?shù)據(jù)段和代碼段，與只讀數(shù)據(jù)段一樣都屬于程序中的靜態(tài)區(qū)域，但具有可寫(xiě)性的特點(diǎn)。通常已初始化的全局變量和局部靜態(tài)變量被放在了讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段，如： 在函數(shù)中定義static char b[ 100]={“ABCDEFG”};讀寫(xiě)數(shù)據(jù)區(qū)的特點(diǎn)是必須在程序經(jīng)過(guò)初始化，如果只定義，沒(méi)初始值，則不會(huì)生成讀寫(xiě)數(shù)據(jù)區(qū)，而會(huì)定位為未初始化數(shù)據(jù)區(qū)(BSS)。如果全局變量(函數(shù)外部定義的變量)加入static修飾，這表示只能在文件內(nèi)使用，而不能被其他文件使用。 4. 未初始化數(shù)據(jù)段(BSS) 與讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段類似，它也屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)，但是該段中的數(shù)據(jù)沒(méi)有經(jīng)過(guò)初始化。因此它只會(huì)在目標(biāo)文件中被標(biāo)識(shí)，而不會(huì)真正稱為目標(biāo)文件中的一段，該段將會(huì)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生。未初始化數(shù)據(jù)段只在運(yùn)行的初始化階段才會(huì)產(chǎn)生，因此它的大小不會(huì)影響目標(biāo)文件的大小。 在C語(yǔ)言的程序中，對(duì)變量的使用還有以下幾點(diǎn)需要注意： 1.函數(shù)體中定義的變量通常是在棧上，不需要在程序中進(jìn)行管理，由編繹器處理。 2.用malloc,calloc,realloc等分配內(nèi)存的函數(shù)所分配的內(nèi)存空間在堆上，程序必須保證在使用free釋放，否則會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏。 3.所有函數(shù)體外定義的是全局變量，加了static后的變量不管是在函數(shù)內(nèi)部或外部都放在全局區(qū)。 4.使用const定義的變量將放于程序的只讀數(shù)據(jù)區(qū)。 三：程序中段的使用 下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明C語(yǔ)言中變量和段的對(duì)應(yīng)關(guān)系。C語(yǔ)言程序中的全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))，實(shí)際對(duì)應(yīng)著下述幾個(gè)段：RO Data; RW Data ; BSS Data. 一般來(lái)說(shuō)，直接定義的全局變量在未初始化數(shù)據(jù)區(qū)，如果該變量有初始化則是在已初始化數(shù)據(jù)區(qū)(RW Data)，加上const則將放在只讀數(shù)據(jù)區(qū)。 const char ro[ ] = {"this is read only data"}; //只讀數(shù)據(jù)區(qū) static char rw_1[ ] ={"this is global read write data"}; //已初始化讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段 char BSS_1[ 100]; //未初始化數(shù)據(jù)段 const char *ptrconst ="constant data"; //字符串放在只讀取數(shù)據(jù)段 int main() { short b; //在棧上，占用2個(gè)字節(jié) char a[100]; //在棧上開(kāi)辟100個(gè)字節(jié)， 它的值是其首地址 char s[ ]="abcdefg"; //s在棧上，占用4個(gè)字節(jié)，"abcdefg"本身放置在只讀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，占8個(gè)字節(jié) char *p1; //p1在棧上，占用4個(gè)字節(jié) char *p2="123456"; //p2 在棧上，p2指向的內(nèi)容不能改，“123456”在只讀數(shù)據(jù)區(qū) static char rw_2[ ]={"this is local read write data"};//局部已初始化讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段 static char BSS_2[100]; //局部未初始化數(shù)據(jù)段 static int c = 0; //全局(靜態(tài))初始化區(qū) p1=(char *)malloc(10 * sizeof(char ) ); //分配內(nèi)存區(qū)域在堆區(qū) strcpy(p1,"xxxx"); //“XXXX”放在只讀數(shù)據(jù)區(qū)，占5個(gè)字節(jié) free(p1); //使用free釋放p1所指向的內(nèi)存 return 0; } 讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段包含了憶初始化的全局變量 static char rw_1[ ]以及局部靜態(tài)變量static rw_2[ ].其差別在于編繹時(shí)，是在函數(shù)內(nèi)部使用的還是可以在整個(gè)文件中使用。對(duì)于rw_1[] 無(wú)論有無(wú)static 修飾，其都將被放置在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)區(qū)，只是能否被其它文件引用與否。對(duì)于后者就不一樣了，它是局部靜態(tài)變量，放置在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)區(qū)，如果沒(méi)static修飾，其意義完全改變，它將會(huì)是開(kāi)辟在棧空間的局部變量，而不是靜態(tài)變量，在這里rw_1[],rw_2[]后沒(méi)具體數(shù)值，表示靜態(tài)區(qū)大小同后面字符串長(zhǎng)度決定。 對(duì)于未初始化數(shù)據(jù)區(qū)BSS_1[100]與BSS_2[100]，其區(qū)別在于前者是全局變量，在所有文件中都可以使用;后者是局部變量，只在函數(shù)內(nèi)部使用。未初始化數(shù)據(jù)段不設(shè)置后面的初始化數(shù)值，因此必須使用數(shù)值指定區(qū)域的大小，編繹器將根據(jù)大小設(shè)置BSS中需要增加的長(zhǎng)度。 棧空間主要用于以下3數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)： 1.函數(shù)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)變量 2.函數(shù)的參數(shù) 3.函數(shù)的返回值 棧空間是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟與回收的。在函數(shù)調(diào)用過(guò)程中，如果函數(shù)調(diào)用的層次比較多，所需要的棧空間也逐漸加大，對(duì)于參數(shù)的傳遞和返回值，如果使用較大的結(jié)構(gòu)體，在使用的棧空間也會(huì)比較大。 更多咨詢余老師Q 28~59~78~02~03 |
