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布局C语言编程程序的内存 [复制链接]

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发表于 2017-4-7 14:57:25 |显示全部楼层

教您布局C语言编程程序的内存

重点关注以下内容:  C语言程序在内存中各个段的组成  C语言程序连接过程中的特性和常见错误  C语言程序的运行方式  一:C语言程序的存储区域  由C语言代码(文本文件)形成可执行程序(二进制文件),需要经过编译-汇编-连接三个阶段。编译过程把C语言文本文件生成汇编程序,汇编过程把汇编程序形成二进制机器代码,连接过程则将各个源文件生成的二进制机器代码文件组合成一个文件。  C语言编写的程序经过编译-连接后,将形成一个统一文件,它由几个部分组成。在程序运行时又会产生其他几个部分,各个部分代表了不同的存储区域:  1.代码段(Code或Text)  代码段由程序中执行的机器代码组成。在C语言中,程序语句进行编译后,形成机器代码。在执行程序的过程中,CPU的程序计数器指向代码段的每一条机器代码,并由处理器依次运行。  2.只读数据段(RO data)  只读数据段是程序使用的一些不会被更改的数据,使用这些数据的方式类似查表式的操作,由于这些变量不需要更改,因此只需要放置在只读存储器中即可。  3.已初始化读写数据段(RW data)  已初始化数据是在程序中声明,并且具有初值的变量,这些变量需要占用存储器的空间,在程序执行时它们需要位于可读写的内存区域内,并具有初值,以供程序运行时读写。  4.未初始化数据段(BSS)  未初始化数据是在程序中声明,但是没有初始化的变量,这些变量在程序运行之前不需要占用存储器的空间。  5.堆(heap)  堆内存只在程序运行时出现,一般由程序员分配和释放。在具有操作系统的情况下,如果程序没有释放,操作系统可能在程序(例如一个进程)结束后回收内存。  6.栈(stack)  栈内存只在程序运行时出现,在函数内部使用的变量、函数的参数以及返回值将使用栈空间,栈空间由编译器自动分配和释放。  C语言目标文件的内存布局  看一个例子:  int a = 0; //全局初始化区,。data段  static int b=20; //全局初始化区,。data段  char *p1; //全局未初始化区 .bss段  const int A = 10; //.rodata段  void main(void)  {  int b; //栈  char s[] = "abc"; //栈  char *p2; //栈  static int c = 0; //全局(静态)初始化区 .data段  char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区,p3 在栈上。  p1 = (char*) malloc(10);//分配得来的10和20个字节的区域就在堆区  p2 = (char*) malloc(20);  strcpy(p1, "123456"); //123456\0 在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方  }  代码段、只读数据段、读写数据段、未初始化数据段属于静态区域,而堆和栈属于动态区域。代码段、只读数据段和读写数据段将在链接之后产生,未初始化数据段将在程序初始化的时候开辟,而堆和栈将在程序的运行中分配和释放。C语言程序分为映像和运行时两种状态。在编译-连接后形成的映像中,将只包含代码段(Text)、只读数据段(RO Data)和读写数据段(RW Data)。在程序运行之前,将动态生成未初始化数据段(BSS),在程序的运行时还将动态形成堆(Heap)区域和栈(Stack)区域。一般来说,在静态的映像文件中,各个部分称之为节(Section),而在运行时的各个部分称之为段(Segment)。如果不详细区分,可以统称为段。  知识点:  C语言在编译和连接后,将生成代码段(Text)、只读数据段(RO Data)和读写数据段(RW Data)。在运行时,除了以上三个区域外,还包括未初始化数据段(BSS)区域和堆(Heap)区域和栈(Stack)区域。  二:C语言程序的段  1.代码段(code或text)  代码段由各个函数产生,函数的每一个语句将最终经过编绎和汇编生成二进制机器代码(具体生生哪种体系结构的机器代码由编译器决定)。  2.只读数据段(RO Data)  只读数据段由程序中所使用的数据产生,该部分数据的特点是在运行中不需要改变,因此编译器会将该数据段放入只读的部分中。C语言中的只读全局变量,只读局部变量,程序中使用的常量等会在编译时被放入到只读数据区。  注意:定义全局变量const char a[100]={"ABCDEFG"};将生成大小为100个字节的只读数据区,并使用“ABCDEFG”初始化。如果定义为:const char a[ ]={"ABCDEFG"};则根据字符串长度生成8个字节的只读数据段(还有’\0’),所以在只读数据段中,一般都需要做完全的初始化。  3.读写数据段(RW Data)  读写数据段表示了在目标文件中一部分可以读也可以写的数据区,在某些场合它们又被称为已初始化数据段,这部分数据段和代码段,与只读数据段一样都属于程序中的静态区域,但具有可写性的特点。通常已初始化的全局变量和局部静态变量被放在了读写数据段,如: 在函数中定义static char b[ 100]={“ABCDEFG”};读写数据区的特点是必须在程序经过初始化,如果只定义,没初始值,则不会生成读写数据区,而会定位为未初始化数据区(BSS)。如果全局变量(函数外部定义的变量)加入static修饰,这表示只能在文件内使用,而不能被其他文件使用。  4. 未初始化数据段(BSS)  与读写数据段类似,它也属于静态数据区,但是该段中的数据没有经过初始化。因此它只会在目标文件中被标识,而不会真正称为目标文件中的一段,该段将会在运行时产生。未初始化数据段只在运行的初始化阶段才会产生,因此它的大小不会影响目标文件的大小。  在C语言的程序中,对变量的使用还有以下几点需要注意:  1.函数体中定义的变量通常是在栈上,不需要在程序中进行管理,由编绎器处理。


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