C程式記憶體佈局
阿新 • • 發佈：2021-10-21
作為計算機專業的來說，程式入門基本都是從C語言開始的，瞭解C程式中的記憶體佈局，對我們瞭解整個程式執行，分析程式出錯原因，會起到事半功倍的作用 。
C程式的記憶體佈局包含五個段，分別是STACK(棧段)，HEAP(堆段)，BSS（以符號開頭的塊），DS（資料段）和TEXT(文字段)。
每個段都有自己的讀取，寫入和可執行許可權。如果程式嘗試以不允許的方式訪問記憶體，則會發生段錯誤，也就是我們常說的coredump。
段錯誤是導致程式崩潰的常見問題。核心檔案（核心轉儲檔案）也與段錯誤相關聯，開發人員使用該檔案來查詢崩潰的根本原因（段錯誤）。
下面我們將深入這五個段，更加詳細的講解每個段在程式開發或者執行中的作用。
HighAddresses--->.----------------------.
|Environment|
|----------------------|
||Functionsandvariablearedeclared
|STACK|onthestack.
basepointer->|-----------|
|||
|v|
::
..Thestackgrowsdownintounusedspace
.Empty.whiletheheapgrowsup.
..
..(othermemorymapsdooccurhere,such
..asdynamiclibraries,anddifferentmemory
::allocate)
|^|
|||
brkpoint->|-----------|Dynamicmemoryisdeclaredontheheap
|HEAP|
||
|----------------------|
|BSS|Uninitializeddata(BSS)
|----------------------|
|Data|Initializeddata(DS)
|----------------------|
|Text|Binarycode
LowAddresses---->'----------------------'
棧
- 它位於較高的地址，與堆段的增長和收縮方向正好相反。
- 函式的區域性變數存在於棧上
- 呼叫函式時，將在棧中建立一個棧幀。
- 每個函式都有一個棧幀。
- 棧幀包含函式的區域性變數引數和返回值。
- 棧包含一個LIFO結構。函式變數在呼叫時被壓入棧，返回時將函式變數從棧彈出。
- SP（棧指標）暫存器跟蹤棧的頂部。
#include
intmain(void){
intdata;//區域性變數，儲存在棧上
return0;
}
堆
- 用於在執行時分配記憶體。
- 由記憶體管理函式（如malloc、calloc、free等）管理的堆區域，這些函式可以在內部使用brk和sbrk系統呼叫來調整其大小。
- 堆區域由程序中的所有共享庫和動態載入的模組共享。
- 它在堆疊的相反方向上增長和收縮。
#include
intmain(void){
char*pStr=malloc(sizeof(char)*4);//pStr指向堆地址
return0;
}
BSS(未初始化的資料塊)
- 包含所有未初始化的全域性和靜態變數。
- 此段中的所有變數都由零或者空指標初始化。
- 程式載入器在載入程式時為BSS節分配記憶體。
#include
intdata1;//未初始化的全域性變數儲存在BSS段
intmain(void){
staticintdata2;//未初始化的靜態變數儲存在BSS段
return0;
}
DS（初始化的資料塊）
- 包含顯式初始化的全域性變數和靜態變數。
- 此段的大小由程式原始碼中值的大小決定，在執行時不會更改。
- 它具有讀寫許可權，因此可以在執行時更改此段的變數值。
- 該段可進一步分為初始化只讀區和初始化讀寫區。
#include
intdata1=10;//初始化的全域性變數儲存在DS段
intmain(void){
staticintdata2=3;//初始化的靜態變數儲存在DS段
return0;
}
TEXT
- 該段包含已編譯程式的二進位制檔案。
- 該段是一個只讀段，用於防止程式被意外修改。
- 該段是可共享的，因此對於文字編輯器等頻繁執行的程式，記憶體中只需要一個副本。
深入
現在有一個簡單的程式，程式碼如下:
#include
intmain(void){
return0;
}
我們通過如下命令進行編譯
gcc-ga.cc-oa
然後通過size命令，可以看到各個段的大小
[root@buildsrc]#gcca.c-oa
[root@buildsrc]#sizea
textdatabssdechexfilename
1040484161540604a
其中前三列分別為可執行程式a的text、data以及bss段的大小，第四列為該三段大小之和，第四列為該大小的十六進位制表示，最後一列是檔名。
增加一個未初始化的靜態變數
#include
intmain(void){
staticintdata;
return0;
}
通過size命令
[root@buildsrc]#sizea
textdatabssdechexfilename
104048424154860ca
從上面可以看出，bss段size變大
增加一個初始化的靜態變數
#include
intmain(void){
staticintdata=10;
return0;
}
通過size命令
[root@buildsrc]#sizea
textdatabssdechexfilename
1040488161544608a
從上面可以看出，data段size變大
增加一個未初始化的全域性變數
#include
intdata;
intmain(void){
return0;
}
通過size命令
[root@buildsrc]#sizea
textdatabssdechexfilename
104048424154860ca
從上面可以看出，bss段size變大
資料段的只讀區域和讀寫區域
#include
charstr[]="Helloworld";
intmain(void){
printf("%s\n",str);
str[0]='K';
printf("%s\n",str);
return0;
}
輸出
Helloworld
Kelloworld
可以看到上面的示例str是一個全域性陣列，因此它將進入資料段。 還可以看到能夠更改該值，因此它具有讀取和寫入許可權。
現在檢視其他示例程式碼
#include
char*str="Helloworld";
intmain(void){
str[0]='K';
printf("%s\n",str);
return0;
}
在上面的示例中，我們無法更改陣列字元是因為它是文字字串。常量字串不僅會出現在資料部分，而且所有型別的const全域性資料都將進入該部分。
資料塊只讀部分，通常除了const變數和常量字串外，程式的文字部分（通常是.rodata段）也存在於資料塊的只讀部分，因為通常無法通過程式進行修改。