C语言内存分布

作者：@言何午
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目录

具体分布图
各个分区的作用
初始化？
    示例代码1
    示例代码2
    示例代码3
关于static的问题
    示例代码4
    示例代码5
    示例代码6
    示例代码7
    关于static的用处
    示例代码8
static的意义
参考书目
参考博客

C语言内存分布

典型的C语言程序内存表示分区共有5个部分：

1. 正文段 Text segment
2. 已初始化数据段（数据段）Initialized data segment
3. 未初始化数据段（bss）Uninitialized data segment
4. 堆 Stack
5. 栈 Heap

具体分布图

各个分区的作用

• 正文段
  • CPU执行的机器指令部分
  • 通常可共享
  • 常常是只读的
• 已初始化数据段（数据段）
  • 包含程序中需明确赋初始值的变量
  • 保存已经初始化的全局变量
• 未初始化数据段（BSS）
  • 在程序开始执行之前，内核将此段中的数据初始化为0或空指针
  • 保存未初始化的全局变量（注意：即使是赋值为0也是未初始化！）
• 栈
  • 存储自动变量（如函数形参）及每次函数调用所需保存的信息
  • 每次函数调用时，存放其返回地址及调用者的环境信息（如某些机器寄存器的值）
  • 为最近被调用的函数分配自动变量和临时变量的存储空间
• 堆
  • 动态存储分配

初始化？

上面提到，对全局变量来说，如果是赋值为0仍是未初始化。下面给出实际实验结果：

示例代码1

#include <stdio.h>

int a;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("hello\n");
    return 0;
}

编译后查看内存分布：

示例代码2

#include <stdio.h>

int a = 0;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("hello\n");
    return 0;
}

编译后查看内存分布：

可以看到，各个存储区域数值没有变化。

示例代码3

#include <stdio.h>

int a = 1;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("hello\n");
    return 0;
}

编译后查看内存分布：

可以看到，对全局变量进行真正的初始化之后，bss少了4个字节，data段多出了4个字节。

关于static的问题

示例代码4

先看看相对上一例子，多了一个局部变量之后的内存分布。

#include <stdio.h>

int a = 1;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int b;
    printf("hello\n");
    return 0;
}

编译后查看内存分布：

可以看到，内存分布是没有变化的，局部变量b会在栈上分配到内存。

示例代码5

如果把b定义成static呢？

#include <stdio.h>

int a = 1;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    static int b;
    printf("hello\n");
    return 0;
}

编译后查看内存分布：

可以看到，此时bss上多出了8个字节。

示例代码6

如果给b赋初始值0呢？

#include <stdio.h>

int a = 1;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    static int b = 0;
    printf("hello\n");
    return 0;
}

编译后查看内存分布：

可以看到，跟上一个例子相比没有变化，说明跟全局变量一样，static变量赋值为0仍是未初始化。

示例代码7

如果给b赋初始值1呢？

#include <stdio.h>

int a = 1;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    static int b = 1;
    printf("hello\n");
    return 0;
}

编译后查看内存分布：

可以看到，bss少了4个字节，而data多了4个字节，说明静态变量和全局变量同理，初始化之后是存在data段中的。

关于static的用处

示例代码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;
}

运行结果为：

可以看到，函数incre中x的作用域存在于其局部，但是却在每次调用函数的时候沿用之前的值！这是因为static定义的变量是静态变量，有着静态存储位置（变量存储位置固定不动，若在代码中已经初始化则存在于data段，否则存在于bss段），而不是存在于栈上，因此每次调用函数读取到的变量的值都是静态存储区的值。

static的意义

1. 全局静态变量

   • 不会被其它文件所访问和修改
   • 其它文件中可以使用相同名字的变量，不会发生冲突

2. 局部静态变量

   • 可以用作计数器，每次函数调用的时候可以进行计数

3. 静态函数

   • 其它文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突
   • 静态函数不能被其它文件所用
   • 静态函数会被分配在一个一直使用的存储器，直到程序退出，避免了调用函数时进栈出栈，提升运行速度

参考书目

1. 《Unix环境高级编程》（中文第三版）
2. 《C primer plus》（中文第五版）

参考博客

C语言存储空间布局以及static详解——奔人之旅