C语言 内存布局

GCC编译

预处理->编译->汇编->链接

预处理：头⽂件包含、宏替换、条件编译、删除注释...
编译：主要进⾏词法、语法、语义分析等，检查⽆误后将预处理好的⽂件编译成汇编⽂件...
汇编：将汇编⽂件转换成 ⼆进制⽬标⽂件...
链接：将项⽬中的各个⼆进制⽂件+所需的库+启动代码链接成可执⾏⽂件...

内存布局

当我们运行程序时，可加载到 RAM 中。如下是一个内存布局图。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include "utils.h"

/* memory layout test */
/* #define STR(s) #s */
static int u_s_g_var_a; /* 未初始化静态全局变量a 存放在bss段 */
static int i_s_g_var_b = 10; /* 已初始化静态全局变量b 存在在data段 */

static int *u_s_g_var_p;
static int *i_s_g_val_p = &u_s_g_var_a;

int u_g_var_c; /* 未初始化全局变量c */
int i_g_var_d = 10; /* 已初始化全局变量d */

const int u_g_c_var_e; /* const 修饰未初始化全局常量 */
const int i_g_c_var_f = 10; /* const 修饰初始化全局常量 */

void func_test(void)
{
    printf("func\n");
}

int test_memory_layout(void)
{
    int l_var_a;
    int l_var_b = 10;
    int *l_var_c = NULL;
    int *l_var_d = NULL;
    static int u_s_l_var_e;
    static int i_s_l_var_f = 10;
    const int u_l_c_var_g;
    const int i_l_c_var_h = 10;
    char *l_var_s = "Hello World";
    char l_var_arr[] = "Hello World";
    const int *l_p_a =  &l_var_a;   /* 常量指针 */
    int * const l_p_b = &l_var_b;       /* 指针常量 */
    const int * const l_p_c =  &i_l_c_var_h;    /* 指向常量的常指针 */
    int *l_var_aa = (int *)alloca(sizeof(int) * 4); /* 从栈分配内存 */
		static int *i_s_l_var_p = &u_g_var_c;

    printf("-----------------------------------------------------\n");
    printf("栈区\n");
    printf("%s\t\t%p\n", STR(l_var_aa), l_var_aa);
    printf("%s\t\t\t%p\n", STR(l_var_a), &l_var_a);
    printf("%s\t\t\t%p\n", STR(l_var_b), &l_var_b);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(&l_var_c), &l_var_c);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(&l_var_d), &l_var_d);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(u_l_c_var_g), &u_l_c_var_g);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(i_l_c_var_h), &i_l_c_var_h);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(&l_var_s), &l_var_s);
    printf("%s\t\t\t%p\n", STR(&l_p_a), &l_p_a);
    printf("%s\t\t\t%p\n", STR(&l_p_b), &l_p_b);
    printf("%s\t\t\t%p\n", STR(&l_p_c), &l_p_c);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(l_var_arr), l_var_arr);


    l_var_c = (int *)malloc(sizeof(int) * 4);
    l_var_d = (int *)malloc(sizeof(int) * 4);
    printf("-----------------------------------------------------\n");
    printf("堆区\n");
    printf("%s\t\t\t%p\n", STR(l_var_c), l_var_c);
    printf("%s\t\t\t%p\n", STR(l_var_d), l_var_d);

    printf("-----------------------------------------------------\n");
    printf("bss区\n");
    printf("%s\t\t%p\n", STR(u_s_g_var_a), &u_s_g_var_a);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(u_g_var_c), &u_g_var_c);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(u_s_l_var_e), &u_s_l_var_e);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(u_g_c_var_e), &u_g_c_var_e);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(&i_s_l_var_p), &i_s_l_var_p);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(&u_s_g_var_p), &u_s_g_var_p);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(&i_s_g_val_p), &i_s_g_val_p);

    printf("-----------------------------------------------------\n");
    printf("data区\n");
    printf("%s\t\t%p\n", STR(i_s_g_var_b), &i_s_g_var_b);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(i_g_var_d), &i_g_var_d);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(i_s_l_var_f), &i_s_l_var_f);

    printf("-----------------------------------------------------\n");
    printf("text区\n");
    printf("常量\n");
    printf("%s\t\t%p\n", STR(i_g_c_var_f), &i_g_c_var_f);
    printf("%s\t\t\t%p\n", STR(l_var_s), l_var_s);

    printf("代码\n");
    printf("%s\t%p\n", STR(memory_layout_test), memory_layout_test);
    printf("%s\t\t%p\n", STR(func_test), func_test);

    free(l_var_c);
    l_var_c = NULL;
    free(l_var_d);
    l_var_d = NULL;
    return 0;
}

void main_test(void)
{
    printf("TEST ENTRY\n");
    printf("GNU libc version: %s\n", gnu_get_libc_version());
    memory_layout_test();
}

运行结果：

-----------------------------------------------------
栈区
l_var_aa                0xffcc5760
l_var_a                 0xffcc5784
l_var_b                 0xffcc5788
&l_var_c                0xffcc578c
&l_var_d                0xffcc5790
u_l_c_var_g             0xffcc5794
i_l_c_var_h             0xffcc5798
&l_var_s                0xffcc579c
&l_p_a                  0xffcc57a0
&l_p_b                  0xffcc57a4
&l_p_c                  0xffcc57a8
l_var_arr               0xffcc57b0
-----------------------------------------------------
堆区
l_var_c                 0x57f895b0
l_var_d                 0x57f895d0
-----------------------------------------------------
bss区
u_s_g_var_a             0x565d0050
u_g_var_c               0x565d004c
u_s_l_var_e             0x565d0058
u_g_c_var_e             0x565cca08
i_s_l_var_p             0x565d004c
&i_s_l_var_p            0x565d001c
&u_s_g_var_p            0x565d0054
&i_s_g_val_p            0x565d0018
-----------------------------------------------------
data区
i_s_g_var_b             0x565d000c
i_g_var_d               0x565d0010
i_s_l_var_f             0x565d0014
-----------------------------------------------------
text区
常量
i_g_c_var_f             0x565cca0c
l_var_s                 0x565cca15
代码
test_memory_layout      0x565c9b5e
func_test               0x565c9b33

参考链接：

https://en.wikipedia.org/wiki/Data_segment

https://en.wikipedia.org/wiki/Memory_segmentation

https://medium.com/@vikasv210/memory-layout-in-c-fe4dffdaeed6

https://github.com/gatieme/AderXCoding/tree/master/language/c/memory_layout