C/C++程序内存布局

1. 运行可执行程序前的内存分区

  C代码经过预处理、编译、汇编、链接4步后生成一个可执行程序。以下列出一个二进制可执行文件的基本情况:
C/C++程序内存布局  通过上图可以得知,在没有运行程序前,也就是说程序没有加载到内存前,可执行程序内部已经分好3段信息,分别为代码区(text)、数据区(data)和未初始化数据区(bss)3 个部分(有些人直接把databss合起来叫做静态区或全局区)。

1.1 代码区text

  存放 CPU 执行的机器指令。通常代码区是可共享的(即另外的执行程序可以调用它),使其可共享的目的是对于频繁被执行的程序,只需要在内存中有一份代码即可。代码区通常是只读的,使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外,代码区还规划了局部变量的相关信息。

1.2 全局初始化数据区/静态数据区(data段)

  该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量已经初始化的静态变量(包括全局静态变量和局部静态变量)和常量数据(如字符串常量)。

1.3 未初始化数据区(又叫 bss 区)

  存入的是全局未初始化变量和未初始化静态变量。未初始化数据区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为 0 或者空(NULL)。

2. 运行可执行程序后的内存分区

  程序在加载到内存前,代码区和全局区(databss)的大小就是固定的,程序运行期间不能改变。然后,运行可执行程序,系统把程序加载到内存,除了根据可执行程序的信息分出代码区(text)、数据区(data)和未初始化数据区(bss)之外,还额外增加了栈区堆区
C/C++程序内存布局

2.1 代码区(text segment)

加载的是可执行文件代码段,所有的可执行代码都加载到代码区,这块内存是不可以在运行期间修改的。

2.2 未初始化数据区(BSS)

加载的是可执行文件BSS段,位置可以分开亦可以紧靠数据段,存储于数据段的数据(全局未初始化,静态未初始化数据)的生存周期为整个程序运行过程。

2.3 全局初始化数据区/静态数据区(data segment)

加载的是可执行文件数据段,存储于数据段(全局初始化,静态初始化数据,文字常量(只读))的数据的生存周期为整个程序运行过程。

2.4 栈区(stack)

栈是一种先进后出的内存结构,由编译器自动分配释放,存放函数的参数值、返回值、局部变量等。在程序运行过程中实时加载和释放,因此,局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。

2.5 堆区(heap)

堆是一个大容器,它的容量要远远大于栈,但没有栈那样先进后出的顺序。用于动态内存分配。堆在内存中位于BSS区和栈区之间。一般由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收。

3. 变量作用域生命周期和储存位置总结

类型 作用域 生命周期 储存位置
auto变量 一对{}内 当前函数 栈区
static局部变量 一对{}内 整个程序运行期 初始化在data段,未初始化在BSS段
extern变量 整个程序 整个程序运行期 初始化在data段,未初始化在BSS段
static全局变量 当前文件 整个程序运行期 初始化在data段,未初始化在BSS段
extern函数 整个程序 整个程序运行期 代码区
static函数 当前文件 整个程序运行期 代码区
register变量 一对{}内 当前函数 运行时存储在CPU寄存器
全局变量 整个程序 整个程序运行期 data段