应用程序的组成

从汇编语言角度,一个程序分为:

  • 数据段
  • 堆栈段
  • 代码段
  • 扩展段

从高级语言(如 C 语言)的角度来看,,一个程序分为如下段(当然还有其他段,这里列举主要的段):

  • 代码段(text)
  • 数据段(data)
  • BSS 段
  • 栈(stack)
  • 堆(heap)

一般情况下,一个可执行二进制程序(在 linux 下为一个进程单元),在存储时(没有加载到内存运行),至少拥有三个部分,分别是代码段(text)、数据段(data)、和BSS 段。

这三个部分一起组成了可执行程序(可能还有其他的段,和平台相关)

当应用程序运行时(运行态),此时需要另外两个域:堆和栈。正在运行的程序:代码段 + 数据段 + BSS 段 + 堆 + 栈。

如图所示为可执行应用程序存储态和运行态的结构对照图。一个正在运行的 C 程序占用的内存区域分为代码段、数据段(初始化数据)、BSS 段(未初始化数据)、堆和栈 5 部分

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内存管理

在将应用程序加载到内存空间执行时,操作系统负责代码段、数据段和 BSS 段的加载,并在内存中为这些段分配空间。栈也由操作系统管理,不需要程序员显式的管理;堆段需要程序员自己管理,显式的申请和释放。

动态分配

在运行时执行动态分配。需要程序员显式管理,通过 malloc 申请,并且需要手动 free 掉,否则会造成内存泄漏。

静态分配

在编译时就已经决定好了分配多少 Text+Data+Bss+Stack(静态分配)。
静态分配的内存在进程结束后由系统释放(Text+Data),Stack 上的数据则在退出函数后立即被销毁。

各段说明
代码段
代码段在内存中被映射为只读。它是由编译器在编译链接时自动计算的。通常是用来存放程序执行的指令。代码段输入静态内存分配。

数据段
通常用来存放程序中已初始化的(非 0)全局变量和静态局部变量。数据段的起始位置由链接定位文件确认,大小在编译链接时自动分配。数据段属于静态内存分配

BSS 段
bss 是英文 Block by Symbol 的简称。通常用来存放程序中未初始化和初始化为0的全局变量和静态局部变量,在程序载入时由内核清零。数据段属于静态内存分配


堆保存函数内部动态分配(malloc 或 new)的内存,是另外一种用来保存程序信息的数据结构。

堆是先进先出(FIFO)数据结构。堆的地址空间是向上增加,即当堆上保存的数据越多,堆的地址越高。动态内存分配

注意:堆内存需要程序员手动管理内存,通常适用于较大的内存分配,如频繁的分配较小的内存,容易导致内存碎片化。

栈保存函数的局部变量(不包括 static 修饰的变量),参数以及返回值。是一种后进先出(LIFO)的数据结构。

在调用函数或过程后,系统会清除栈上保存的局部变量、函数调用信息及其他信息。

栈的另外一个重要特征是,它的地址空间 向下减少,即当栈上保存的数据越多,栈的地址越低。静态内存分配

注意,由于栈的空间通常比较小,一般 linux 程序只有几 M,故局部变量,函数入参应该避免出现超大栈内存使用,比如超大结构体,数组等,避免出现爆栈(sack overflow)