程序运行时对应的内存分布关系

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嵌入式基地 2021-07-05 17:53:48 ©著作权

文章标签 内存分布 文章分类 物联网

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程序运行时的内存分区主要分为BSS段、数据段、代码段、堆、栈。

BSS段：Block Started by Symbol，一般是指存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS段属于静态内存分配。

数据段：data segment，一般是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。
代码段：code segment/text segment，通常是指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。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。程序段为程序代码在内存中的映射。一个程序可以在内存中有多个副本。
堆：heap，堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc/free等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张)/释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)。
栈：stack，栈又称堆栈，存放程序的局部变量(但不包括static声明的变量， static 意味着在数据段中存放变量)。除此以外，在函数被调用时，栈用来传递参数和返回值。由于栈的先进先出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。储动态内存分配,需要程序员手工分配，手工释放。

程序运行时对应的内存分布关系_内存分布_02

程序中内存分布图

程序运行时对应的内存分布关系_内存分布_03

APUE中的C内存分布图

代码测试

int g1=0, g2=0, g3=0;
static int max(int i) {
  int m1 = 0, m2 , m3 = 0, *p_max;
  static n1_max = 0, n2_max , n3_max = 0;
  p_max = (int*)malloc(10);
  printf("打印max程序地址\n");
  printf("in max: 0xx\n\n",max);
  printf("打印max传入参数地址\n");
  printf("in max: 0xx\n\n",&i);
  printf("打印max函数中静态变量地址\n");
  printf("0xx\n",&n1_max); ////< 打印各本地变量的内存地址
  printf("0xx\n",&n2_max);
  printf("0xx\n\n",&n3_max);
  printf("打印max函数中局部变量地址\n");
  printf("0xx\n",&m1);     ////< 打印各本地变量的内存地址
  printf("0xx\n",&m2);
  printf("0xx\n\n",&m3);
  printf("打印max函数中malloc分配地址\n");
  printf("0xx\n\n",p_max); ////< 打印各本地变量的内存地址
  if(i) {
    return 1;
  } else {
    return 0;
  }
}
int main(int argc, char **argv) {
  static int s1 = 0, s2, s3 = 0;
  int v1 = 0, v2, v3 = 0;
  int *p;   
  p = (int*)malloc(10);
  printf("打印各全局变量(已初始化)的内存地址\n");
  printf("0xx\n",&g1); ////< 打印各全局变量的内存地址
  printf("0xx\n",&g2);
  printf("0xx\n\n",&g3);
  printf("======================\n");
  printf("打印程序初始程序main地址\n");
  printf("main: 0xx\n\n", main);
  printf("打印主参地址\n");
  printf("argv: 0xx\n\n",argv);
  printf("打印各静态变量的内存地址\n");
  printf("0xx\n",&s1); ////< 打印各静态变量的内存地址
  printf("0xx\n",&s2);
  printf("0xx\n\n",&s3);
  printf("打印各局部变量的内存地址\n");
  printf("0xx\n",&v1); ////< 打印各本地变量的内存地址
  printf("0xx\n",&v2);
  printf("0xx\n\n",&v3);
  printf("打印malloc分配的堆地址\n");
  printf("malloc: 0xx\n\n",p);
  printf("======================\n");
  max(v1);
  printf("======================\n");
  printf("打印子函数起始地址\n");
  printf("max: 0xx\n\n",max);
  return 0;
}

程序运行时对应的内存分布关系_内存分布_04

控制台输出结果

根据输出结果可以看出，传入的参数，局部变量，都是在栈顶分布，随着子函数的增多而向下增长。函数的调用地址(函数运行代码)，全局变量，静态变量都是在分配内存的低部存在，而malloc分配的堆则存在于这些内存之上，并向上生长。

简单说明

程序运行时对应的内存分布关系_内存分布_05

左边的是UNIX/LINUX系统的执行文件，右边是对应进程逻辑地址空间的划分情况。

首先是堆栈区(stack)，堆栈是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。栈的申请是由系统自动分配，如在函数内部申请一个局部变量 int h，同时判别所申请空间是否小于栈的剩余空间，如若小于的话，在堆栈中为其开辟空间，为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

其次是堆(heap)，堆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OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。堆的申请是由程序员自己来操作的，在C中使用malloc函数，而C++中使用new运算符，但是堆的申请过程比较复杂：当系统收到程序的申请时，会遍历记录空闲内存地址的链表，以求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，此处应该注意的是有些情况下，新申请的内存块的首地址记录本次分配的内存块大小，这样在delete尤其是 delete[]时就能正确的释放内存空间。

接着是全局数据区(静态区) (static)，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，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。另外文字常量区，常量字符串就是放在这里，程序结束后有系统释放。

最后是程序代码区，放着函数体的二进制代码。

程序运行时对应的内存分布关系_内存分布_06