C程序(進程)的內存布局

#include <stdio.h>
const int a = 10; //全局常量a
int main(void) {
　　const int b = 20; //局部常量b
　　int* pa = (int*)&a;
　　int* pb = (int*)&b;
　　*pa = 30; //可以嗎?能成功賦值嗎?
　　*pb = 30; //可以嗎?能成功賦值嗎?
　　return 0;
}

作為編程新手的我,有時候寫程序難免會有種迷糊的感覺,雖然寫着代碼,但總覺得哪里不自在不通透...像上面的代碼,我第一次看到的時候根本沒有自信回答出來,我覺着應該有不少編程新人和我一樣吧>o<

 

先從(Linux平台下)虛擬內存管理說起,

　　寫C程序時,我們經常會打印一個指針地址,說這個指針指向某某內存地址.可這些地址是真實物理內存地址嗎?不是!這些只是虛擬內存地址.

　　當一個C程序調入內存開始執行后,在內存中就會產生一個進程.而在多任務操作系統中每個進程都擁有一片屬於自己的內存空間(內存沙盤),這個沙盤就是虛擬地址空間,在32位下是一個4GB的大小的地址塊,這些虛擬地址通過頁表映射到物理內存.

　　但系統並不會真的一下分配給每一個進程4GB的物理內存空間的映射=  =(不現實啊),這4GB只能是說邏輯地址,它會隨着進程的真實需要自動擴展映射到物理內存空間,最大到4GB.

　　4GB(地址0-0xFFFFFFFF)其中1GB必須保留給系統內核(這是Linux平台下),也就是說進程自身只能擁有3GB的地址(0-0xC0000000),如圖

我自己畫的=  =:

　　代碼區:程序(函數)代碼所在,由編譯而得到的二進制代碼被載入至此.代碼區是只讀的!有執行權限.代碼區一般都從0x08048000地址開始(linux下).值得注意的是,字符串字面值(如"Hello World")就存儲在這個區.

　　數據段和BSS段:合稱靜態區(全局區),用來存儲靜態(全局)變量.區別是 前者(數據段)存儲的是已初始化的靜態(全局)變量,可讀寫. 

后者(BSS段)存儲的是未初始化的靜態(全局)變量,可讀寫.

　　堆:自由存儲區.不像全局變量和局部變量的生命周期被嚴格定義,堆區的內存分配和釋放是由程序員所控制的.申請方式:C中是malloc函數,C++中是new標識符.

　　棧:由系統自動分配和釋放.存儲局部(自動)變量. 一般說的堆棧,其實是指 棧!

　　另外,值得注意的是,堆是由低地址向高地址分配空間;棧卻是由高地址向低地址分配空間.

下面這段代碼進一步說明C程序中各數據的內存布局:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int i1 = 10; //靜態全局區(data段)
int i2; //靜態全局區(bss段)
static int i3 = 30; //靜態全局區(data段)
const int i4 = 40;  //代碼區!!!
void fun(int i5) //棧區
{
    int i6 = 60; //棧區
    static int i7 = 70; //靜態全局區(data段)
    const int i8 = 80; //棧區!!!
    char* str1 = "ABCDE"; //代碼區(字符串常量)
    char str2[] = "ABCDE"; //棧區(字符數組)
    int* pi = malloc(sizeof(int)); //堆區
    printf("&i5=%p\n", &i5);
    printf("&i6=%p\n", &i6);
    printf("&i7=%p\n", &i7);
    printf("&i8=%p\n", &i8);
    printf("str1=%p\n", str1);
    printf("str2=%p\n", str2);
    printf("pi=%p\n", pi);
    free(pi);
}

int main(void)
{
    printf("&i1=%p\n", &i1);
    printf("&i2=%p\n", &i2);
    printf("&i3=%p\n", &i3);
    printf("&i4=%p\n", &i4);
    fun(50);
    return 0;
}

 

(gcc編譯)程序輸出:

 

至此,從地址大小比較可以看出

1)靜態(static)全局變量 和 靜態(static)局部變量 都在 靜態全局區.

2)全局常量i4保存在代碼區,而局部常量i8保存在棧區.

所以最上面的問題是,代碼區只讀,修改全局常量會引發運行時段錯誤,而局部常量是可以成功賦值修改的.

3)字符串字面值在代碼區(所以不可修改),但是字符指針str1在棧區;字符數組str2在棧區(所以可以修改).

 

最后要說,上述是Linux下的虛擬內存布局順序,Windows下會有所不同.但是對於C程序中數據應該存儲在哪里都是一致的.

 

本文相關參考: 剖析程序的內存布局 (建議閱讀)