C語言記憶體分布

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C語言記憶體分布

典型的C語言程式記憶體表示分區共有5個部分：

1. 本文段 Text segment
2. 已初始化資料區段（資料區段）Initialized data segment
3. 未初始化資料區段（bss）Uninitialized data segment
4. 堆 Stack
5. 棧 Heap

具體分布圖

各個分區的作用

• 本文段
  • CPU執行的機器指令部分
  • 通常可共用
  • 常常是唯讀
• 已初始化資料區段（資料區段）
  • 包含程式中需明確賦初始值的變數
  • 儲存已經初始化的全域變數
• 未初始化資料區段（BSS）
  • 在程式開始執行之前，核心將此段中的資料初始化為0或null 指標
  • 儲存未初始化的全域變數（注意：即使是賦值為0也是未初始化！）
• 棧
  • 儲存自動變數及每次函數調用所需儲存的資訊
  • 每次函數調用時，存放其返回地址及調用者的環境資訊（如某些機器寄存器的值）
  • 為最近被調用的函數分配自動變數和臨時變數的儲存空間
• 堆
  • 動態儲存裝置分配

初始化？

上面提到，對全域變數來說，如果是賦值為0仍是未初始化。下面給出實際實驗結果：

範例程式碼1

#include <stdio.h>int a;int main(int argc, char const *argv[]){    printf("hello\n");    return 0;}

編譯後查看記憶體分布：

範例程式碼2

#include <stdio.h>int a = 0;int main(int argc, char const *argv[]){    printf("hello\n");    return 0;}

編譯後查看記憶體分布：

可以看到，各個儲存地區數值沒有變化。

範例程式碼3

#include <stdio.h>int a = 1;int main(int argc, char const *argv[]){    printf("hello\n");    return 0;}

編譯後查看記憶體分布：

可以看到，對全域變數進行真正的初始化之後，bss少了4個位元組，data段多出了4個位元組。

關於static的問題範例程式碼4

先看看相對上一例子，多了一個局部變數之後的記憶體分布。

#include <stdio.h>int a = 1;int main(int argc, char const *argv[]){    int b;    printf("hello\n");    return 0;}

編譯後查看記憶體分布：

可以看到，記憶體分布是沒有變化的，局部變數b會在棧上分配到記憶體。

範例程式碼5

如果把b定義成static呢？

#include <stdio.h>int a = 1;int main(int argc, char const *argv[]){    static int b;    printf("hello\n");    return 0;}

編譯後查看記憶體分布：

可以看到，此時bss上多出了8個位元組。

範例程式碼6

如果給b賦初始值0呢？

#include <stdio.h>int a = 1;int main(int argc, char const *argv[]){    static int b = 0;    printf("hello\n");    return 0;}

編譯後查看記憶體分布：

可以看到，跟上一個例子相比沒有變化，說明跟全域變數一樣，static變數賦值為0仍是未初始化。

範例程式碼7

如果給b賦初始值1呢？

#include <stdio.h>int a = 1;int main(int argc, char const *argv[]){    static int b = 1;    printf("hello\n");    return 0;}

編譯後查看記憶體分布：

可以看到，bss少了4個位元組，而data多了4個位元組，說明靜態變數和全域變數同理，初始化之後是存在data段中的。

關於static的用處範例程式碼8

#include <stdio.h>int x = 4;void incre() {    static int x = 1;    x *= x + 1;    printf("%d\n", x);}int main(int argc, char const *argv[]){    int i;    for (i = 1; i < x; i++) {        incre();    }    return 0;}

運行結果為：

可以看到，函數incre中x的範圍存在於其局部，但是卻在每次調用函數的時候沿用之前的值！這是因為static定義的變數是靜態變數，有著靜態儲存位置（變數儲存位置固定不動，若在代碼中已經初始化則存在於data段，否則存在於bss段），而不是存在於棧上，因此每次調用函數讀取到的變數的值都是靜態儲存區的值。

static的意義：

1. 全域靜態變數
   • 不會被其它檔案所訪問和修改
   • 其它檔案中可以使用相同名字的變數，不會發生衝突
2. 局部靜態變數
   • 可以用作計數器，每次函數調用的時候可以進行計數
3. 靜態函數
   • 其它檔案中可以定義相同名字的函數，不會發生衝突
   • 靜態函數不能被其它檔案所用
   • 靜態函數會被分配在一個一直使用的儲存空間，直到程式退出，避免了調用函數時進棧出棧，提升運行速度

參考書目

1. Unix環境進階編程（中文第三版）
2. C primer plus（中文第五版）

參考部落格

C語言儲存空間布局以及static詳解——奔人之旅

C語言記憶體分布