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教您布局C語(yǔ)言編程程序的內存 重點(diǎn)關(guān)注以下內容： C語(yǔ)言程序在內存中各個(gè)段的組成 C語(yǔ)言程序連接過(guò)程中的特性和常見(jiàn)錯誤 C語(yǔ)言程序的運行方式 一：C語(yǔ)言程序的存儲區域 由C語(yǔ)言代碼(文本文件)形成可執行程序(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)制機器代碼，連接過(guò)程則將各個(gè)源文件生成的二進(jìn)制機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)統一文件，它由幾個(gè)部分組成。在程序運行時(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區域： 1.代碼段(Code或Text) 代碼段由程序中執行的機器代碼組成。在C語(yǔ)言中，程序語(yǔ)句進(jìn)行編譯后，形成機器代碼。在執行程序的過(guò)程中，CPU的程序計數器指向代碼段的每一條機器代碼，并由處理器依次運行。 2.只讀數據段(RO data) 只讀數據段是程序使用的一些不會(huì )被更改的數據，使用這些數據的方式類(lèi)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器中即可。 3.已初始化讀寫(xiě)數據段(RW data) 已初始化數據是在程序中聲明，并且具有初值的變量，這些變量需要占用存儲器的空間，在程序執行時(shí)它們需要位于可讀寫(xiě)的內存區域內，并具有初值，以供程序運行時(shí)讀寫(xiě)。 4.未初始化數據段(BSS) 未初始化數據是在程序中聲明，但是沒(méi)有初始化的變量，這些變量在程序運行之前不需要占用存儲器的空間。 5.堆(heap) 堆內存只在程序運行時(shí)出現，一般由程序員分配和釋放。在具有操作系統的情況下，如果程序沒(méi)有釋放，操作系統可能在程序(例如一個(gè)進(jìn)程)結束后回收內存。 6.棧(stack) 棧內存只在程序運行時(shí)出現，在函數內部使用的變量、函數的參數以及返回值將使用�？臻g，�？臻g由編譯器自動(dòng)分配和釋放。 C語(yǔ)言目標文件的內存布局 看一個(gè)例子： int a = 0; //全局初始化區，。data段 static int b=20; //全局初始化區，。data段 char *p1; //全局未初始化區 .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 .data段 char *p3 = "123456"; //123456\0在常量區，p3 在棧上。 p1 = (char*) malloc(10);//分配得來(lái)的10和20個(gè)字節的區域就在堆區 p2 = (char*) malloc(20); strcpy(p1, "123456"); //123456\0 在常量區，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、只讀數據段、讀寫(xiě)數據段、未初始化數據段屬于靜態(tài)區域，而堆和棧屬于動(dòng)態(tài)區域。代碼段、只讀數據段和讀寫(xiě)數據段將在鏈接之后產(chǎn)生，未初始化數據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行中分配和釋放。C語(yǔ)言程序分為映像和運行時(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)、只讀數據段(RO Data)和讀寫(xiě)數據段(RW Data)。在程序運行之前，將動(dòng)態(tài)生成未初始化數據段(BSS)，在程序的運行時(shí)還將動(dòng)態(tài)形成堆(Heap)區域和棧(Stack)區域。一般來(lái)說(shuō)，在靜態(tài)的映像文件中，各個(gè)部分稱(chēng)之為節(Section)，而在運行時(shí)的各個(gè)部分稱(chēng)之為段(Segment)。如果不詳細區分，可以統稱(chēng)為段。 知識點(diǎn)： C語(yǔ)言在編譯和連接后，將生成代碼段(Text)、只讀數據段(RO Data)和讀寫(xiě)數據段(RW Data)。在運行時(shí)，除了以上三個(gè)區域外，還包括未初始化數據段(BSS)區域和堆(Heap)區域和棧(Stack)區域。 二：C語(yǔ)言程序的段 1.代碼段(code或text) 代碼段由各個(gè)函數產(chǎn)生，函數的每一個(gè)語(yǔ)句將最終經(jīng)過(guò)編繹和匯編生成二進(jìn)制機器代碼(具體生生哪種體系結構的機器代碼由編譯器決定)。 2.只讀數據段(RO Data) 只讀數據段由程序中所使用的數據產(chǎn)生，該部分數據的特點(diǎn)是在運行中不需要改變，因此編譯器會(huì )將該數據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)被放入到只讀數據區。 注意：定義全局變量const char a[100]={"ABCDEFG"};將生成大小為100個(gè)字節的只讀數據區，并使用“ABCDEFG”初始化。如果定義為：const char a[ ]={"ABCDEFG"};則根據字符串長(cháng)度生成8個(gè)字節的只讀數據段(還有’\0’)，所以在只讀數據段中，一般都需要做完全的初始化。 3.讀寫(xiě)數據段(RW Data) 讀寫(xiě)數據段表示了在目標文件中一部分可以讀也可以寫(xiě)的數據區，在某些場(chǎng)合它們又被稱(chēng)為已初始化數據段，這部分數據段和代碼段，與只讀數據段一樣都屬于程序中的靜態(tài)區域，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)數據段，如： 在函數中定義static char b[ 100]={“ABCDEFG”};讀寫(xiě)數據區的特點(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)數據區，而會(huì )定位為未初始化數據區(BSS)。如果全局變量(函數外部定義的變量)加入static修飾，這表示只能在文件內使用，而不能被其他文件使用。 4. 未初始化數據段(BSS) 與讀寫(xiě)數據段類(lèi)似，它也屬于靜態(tài)數據區，但是該段中的數據沒(méi)有經(jīng)過(guò)初始化。因此它只會(huì )在目標文件中被標識，而不會(huì )真正稱(chēng)為目標文件中的一段，該段將會(huì )在運行時(shí)產(chǎn)生。未初始化數據段只在運行的初始化階段才會(huì )產(chǎn)生，因此它的大小不會(huì )影響目標文件的大小。 在C語(yǔ)言的程序中，對變量的使用還有以下幾點(diǎn)需要注意： 1.函數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等分配內存的函數所分配的內存空間在堆上，程序必須保證在使用free釋放，否則會(huì )發(fā)生內存泄漏。 3.所有函數體外定義的是全局變量，加了static后的變量不管是在函數內部或外部都放在全局區。 4.使用const定義的變量將放于程序的只讀數據區。 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)言中變量和段的對應關(guān)系。C語(yǔ)言程序中的全局區(靜態(tài)區)，實(shí)際對應著(zhù)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據區，如果該變量有初始化則是在已初始化數據區(RW Data)，加上const則將放在只讀數據區。 const char ro[ ] = {"this is read only data"}; //只讀數據區 static char rw_1[ ] ={"this is global read write data"}; //已初始化讀寫(xiě)數據段 char BSS_1[ 100]; //未初始化數據段 const char *ptrconst ="constant data"; //字符串放在只讀取數據段 int main() { short b; //在棧上，占用2個(gè)字節 char a[100]; //在棧上開(kāi)辟100個(gè)字節， 它的值是其首地址 char s[ ]="abcdefg"; //s在棧上，占用4個(gè)字節，"abcdefg"本身放置在只讀數據存儲區，占8個(gè)字節 char *p1; //p1在棧上，占用4個(gè)字節 char *p2="123456"; //p2 在棧上，p2指向的內容不能改，“123456”在只讀數據區 static char rw_2[ ]={"this is local read write data"};//局部已初始化讀寫(xiě)數據段 static char BSS_2[100]; //局部未初始化數據段 static int c = 0; //全局(靜態(tài))初始化區 p1=(char *)malloc(10 * sizeof(char ) ); //分配內存區域在堆區 strcpy(p1,"xxxx"); //“XXXX”放在只讀數據區，占5個(gè)字節 free(p1); //使用free釋放p1所指向的內存 return 0; } 讀寫(xiě)數據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)，是在函數內部使用的還是可以在整個(gè)文件中使用。對于rw_1[] 無(wú)論有無(wú)static 修飾，其都將被放置在讀寫(xiě)數據區，只是能否被其它文件引用與否。對于后者就不一樣了，它是局部靜態(tài)變量，放置在讀寫(xiě)數據區，如果沒(méi)static修飾，其意義完全改變，它將會(huì )是開(kāi)辟在�？臻g的局部變量，而不是靜態(tài)變量，在這里rw_1[],rw_2[]后沒(méi)具體數值，表示靜態(tài)區大小同后面字符串長(cháng)度決定。 對于未初始化數據區BSS_1[100]與BSS_2[100]，其區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，只在函數內部使用。未初始化數據段不設置后面的初始化數值，因此必須使用數值指定區域的大小，編繹器將根據大小設置BSS中需要增加的長(cháng)度。 �？臻g主要用于以下3數據的存儲： 1.函數內部的動(dòng)態(tài)變量 2.函數的參數 3.函數的返回值 �？臻g是動(dòng)態(tài)開(kāi)辟與回收的。在函數調用過(guò)程中，如果函數調用的層次比較多，所需要的�？臻g也逐漸加大，對于參數的傳遞和返回值，如果使用較大的結構體，在使用的�？臻g也會(huì )比較大。 更多咨詢(xún)余老師Q 28~59~78~02~03 |
