程序内存分区

雨点打透心脏的1/2处 2022-09-12 04:55 165阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  内存分区
 *   *  程序运行之前
     *   *  代码区
         *  全局初始化数据区/静态数据区（data段）
         *  未初始化数据区（又叫 bss 区）
     *  问题：那为什么把程序的指令和程序数据分开呢？
     *  程序运行之后
     *   *  代码区（text segment）
         *  未初始化数据区（BSS）
         *  全局初始化数据区/静态数据区（data segment）
         *  栈区（stack）
         *  堆区（heap）
     *  变量类型的作用域、生命周期与存储位置

# 内存分区 #

## 程序运行之前 ##

我们要想执行我们编写的c程序，那么第一步需要对这个程序进行编译。

1.  预处理：宏定义展开、头文件展开、条件编译，这里并不会检查语法
2.  编译：检查语法，将预处理后文件编译生成汇编文件
3.  汇编：将汇编文件生成目标文件(二进制文件)
4.  链接：将目标文件链接为可执行程序

当我们编译完成生成可执行文件之后，我们通过在linux下size命令可以查看一个可执行二进制文件基本情况：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5rWB5qWa5Li25qC85b-1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

通过上图可以得知，在没有运行程序前，也就是说程序没有加载到内存前，可执行程序内部已经分好3段信息，分别为代码区（text）、数据区（data） 和 未初始化数据区（bss） 3 个部分（有些人直接把data和bss合起来叫做静态区或全局区）。

### 代码区 ###

存放 CPU 执行的机器指令。

通常代码区是可共享的（即另外的执行程序可以调用它），使其可共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可。代码区通常是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指t令。另外，代码区还规划了局部变量的相关信息。

### 全局初始化数据区/静态数据区（data段） ###

该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量、已经初始化的静态变量（包括全局静态变量和t）和常量数据（如字符串常量）。

### 未初始化数据区（又叫 bss 区） ###

存入的是全局未初始化变量和未初始化静态变量。未初始化数据区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为 0 或者空（NULL）。

总体来讲说，程序源代码被编译之后主要分成两种段：程序指令(代码区)和程序数据（数据区）。代码段属于程序指令，而数据域段和.bss段属于程序数据。

## 问题：那为什么把程序的指令和程序数据分开呢？ ##

*  程序被load到内存中之后，可以将数据和代码分别映射到两个内存区域。由于数据区域对进程来说是可读可写的，而指令区域对程序来讲说是只读的，所以分区之后呢，可以将程序指令区域和数据区域分别设置成可读可写或只读。这样可以防止程序的指令有意或者无意被修改；
 *  当系统中运行着多个同样的程序的时候，这些程序执行的指令都是一样的，所以只需要内存中保存一份程序的指令就可以了，只是每一个程序运行中数据不一样而已，这样可以节省大量的内存。比如说之前的Windows Internet Explorer 7.0运行起来之后， 它需要占用112 844KB的内存，它的私有部分数据有大概15 944KB，也就是说有96 900KB空间是共享的，如果程序中运行了几百个这样的进程，可以想象共享的方法可以节省大量的内存。

## 程序运行之后 ##

程序在加载到内存前，代码区和全局区(data和bss)的大小就是固定的，程序运行期间不能改变。然后，运行可执行程序，操作系统把物理硬盘程序load(加载)到内存，除了根据可执行程序的信息分出代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）之外，还额外增加了栈区、堆区。

### 代码区（text segment） ###

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） ###

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） ###

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） ###

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） ###

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。

## 变量类型的作用域、生命周期与存储位置 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类型</th> 
   <th>作用域</th> 
   <th>生命周期</th> 
   <th>存储位置</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>auto变量</td> 
   <td>一对{}内</td> 
   <td>当前函数</td> 
   <td>栈区</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>static局部变量</td> 
   <td>一对{}内</td> 
   <td>整个程序运行期</td> 
   <td>初始化在data段，未初始化在BSS段</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>extern变量</td> 
   <td>整个程序</td> 
   <td>整个程序运行期</td> 
   <td>初始化在data段，未初始化在BSS段</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>static全局变量</td> 
   <td>当前文件</td> 
   <td>整个程序运行期</td> 
   <td>初始化在data段，未初始化在BSS段</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>extern函数</td> 
   <td>整个程序</td> 
   <td>整个程序运行期</td> 
   <td>代码区</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>static函数</td> 
   <td>当前文件</td> 
   <td>整个程序运行期</td> 
   <td>代码区</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>register变量</td> 
   <td>一对{}内</td> 
   <td>当前函数</td> 
   <td>运行时存储在CPU寄存器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>字符串常量</td> 
   <td>当前文件</td> 
   <td>整个程序运行期</td> 
   <td>data段</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5rWB5qWa5Li25qC85b-1_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/079e2348d0844c42996d3cdf001164a7.png