C语言面试常见问题总结--程序的5种内存存储区及示意

操作系统中的内存一般分为虚拟内存和物理内存，本文主要讨论的是虚拟内存中的内存分配方式与内存存储区的内容。

APUE中的一个典型C内存空间分布图

Linux下32位环境的用户空间内存分布情况

内存分配方式

C/C++主要有以下五种内存存储区：

1）、静态区（全局数据区）：存全局变量，静态变量。程序编译时内存已分配好，并存在于程序整个运行期间，程序结束后由系统统一释放

全局变量和静态变量被分配到同一块内存中。  全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域(data)， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域（BSS，Block Started by Symbol）

2）、栈：存放函数的参数值，局部变量，函数执行结束时会被自动释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率高，但是容量有限。由编译器自动分配释放。

3、堆（动态内存分配）：通过new和malloc由低到高分配，由delete或free手动释放或者程序结束自动释放。动态内存的生存期人为决定，使用灵活。缺点是容易分配/释放不当容易造成内存泄漏，频繁分配/释放会产生大量内存碎片。 若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）回收。

4、字符/文字常量区： 存放常量字符串，程序结束时由系统释放（RO）

5、代码区： 存放函数体的二进制代码（RO）

楔子

一个可执行程序文件需要在计算机硬件上运行起来，其实质就是静态的文件被加载到内存中的过程，可执行程序文件只是一个程序的载体。

一个程序被加载到内存中，这块内存首先就存在两种属性：静态分配内存和动态分配内存。 
静态分配内存：是在程序编译和链接时就确定好的内存。 
动态分配内存：是在程序加载、调入、执行的时候分配/回收的内存。

 

基本上程序员在开始接触Linux编程时就大抵就都听过代码段、数据段等等概念，它们是各种数据存放的位置。通过objdump -h命令可以查看一个.o文件(已编译成二进制文件但未链接)的各个段：

1. 代码段(.txt)

  .text段存放代码(如函数)与部分整数常量，.txt段的数据可以被执行

2. 数据段(.data)

  .data用于存放初始化过的全局变量。若全局变量值为0，为了优化编译器会将它放在.bss段中

3. bss段(.bss)

  .bss段被用来存放那些没有初始化或者初始化为0的全局变量。bss段只占运行时的内存空间而不占文件空间。在程序运行的整个周期内，.bss段的数据一直存在

4. 常量数据段(.rodata)

  ro表read only，用于存放不可变修改的常量数据，一旦程序中对其修改将会出现段错误： 
  (1) 程序中的常量不一定就放在rodata中，有的立即数和指令编码放在.text中 
  (2) 对于字符串常量，若程序中存在重复的字符串，编译器会保证只存在一个 
  (3) rodata是在多个进程间共享的 
  (4) 有的嵌入式系统，rodata放在ROM(或者NOR FLASH)中，运行时直接读取无需加载至RAM( 哈佛和冯诺依曼，从STM32的const全局变量说起有所记录) 
想要将数据放在.rodata只需要加上const属性修饰即可。

5. 栈

  栈是用于存放临时变量和函数调用的。栈也是一种先进后出的数据结构，函数的递归调用正得益于栈的存在。需注意存在栈的数据只在当前函数和子函数中有效，一旦函数返回数据将会被自动释放。

6. 堆

  堆的使用周期有使用者控制，程序中的内存泄漏多因程序员对堆的管理不当引起，需谨慎。

7. .comment段

  在上图中还看到.comment段，它存放的是编译器版本等信息。除了.comment，还有.note、.hash等其他段，了解即可。

 

1.一般情况下，一个可执行二进制程序(更确切的说，在Linux操作系统下为一个进程单元，在UC/OSII中被称为任务)在存储(没有调入到内存运行)时拥有3个部分，分别是代码段(text)、数据段(data)和BSS段。这3个部分一起组成了该可执行程序的文件。

★★可执行二进制程序 = 代码段(text)＋数据段(data)+BSS段★★

2.而当程序被加载到内存单元时，则需要另外两个域：堆域和栈域。图1-1所示为可执行代码存储态和运行态的结构对照图。一个正在运行的C程序占用的内存区域分为代码段、初始化数据段、未初始化数据段(BSS)、堆、栈5个部分。

★★正在运行的C程序 = 代码段+初始化数据段(data)+未初始化数据段(BSS)+堆+栈★★

 

数据段 -- data
data包含静态初始化的数据，所以有初值的全局变量和static变量在data区。段的起始位置也是由连接定位文件所确定，大小在编译连接时自动分配，它和你的程序大小没有关系，但和程序使用到的全局变量，常量数量相关。数据段属于静态内存分配。 

bss段--bss
bss是英文Block Started by Symbol的简称，通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，在程序载入时由内核清0。BSS段属于静态内存分配。它的初始值也是由用户自己定义的连接定位文件所确定，用户应该将它定义在可读写的RAM区内，源程序中使用malloc分配的内存就是这一块，它不是根据data大小确定，主要由程序中同时分配内存最大值所确定，不过如果超出了范围，也就是分配失败，可以等空间释放之后再分配。BSS段属于静态内存分配。

stack：
栈(stack)保存函数的局部变量（但不包括static声明的变量， static 意味着 在数据段中 存放变量），参数以及返回值。是一种“后进先出”（Last In First Out，LIFO）的数据结构，这意味着最后放到栈上的数据，将会是第一个从栈上移走的数据。对于哪些暂时存贮的信息，和不需要长时间保存的信息来说，LIFO这种数据结构非常理想。在调用函数或过程后，系统通常会清除栈上保存的局部变量、函数调用信息及其它的信息。栈另外一个重要的特征是，它的地址空间“向下减少”，即当栈上保存的数据越多，栈的地址就越低。栈（stack）的顶部在可读写的RAM区的最后。

heap:
堆(heap)保存函数内部动态分配内存，是另外一种用来保存程序信息的数据结构，更准确的说是保存程序的动态变量。堆是“先进先出”（First In first Out，FIFO）数据结构。它只允许在堆的一端插入数据，在另一端移走数据。堆的地址空间“向上增加”，即当堆上保存的数据越多，堆的地址就越高。