C++——程序的內存結構

https://blog.csdn.net/weixin_39540568/article/details/88363212

問題引出：在看一些資料博客的時候說線程共享同一個進程的代碼段和數據段，又有說法是代碼段和數據段在可執行文件中加載，比較疑惑，下面稍微具體的整理一下。

在解釋原因前我們先看一下一個由C/C++編譯的程序占用的內存分為幾個部分：

 

#include <iostream>
#include <stdio.h>

using std::endl;
using std::cout;

char *p1; //全局未初始化區
int a = 0; //全局初始化區

int main()
{
    int b; //棧
    char s[] = "abc";//棧
    char *p2;//棧
    char *p3 = "123456";//  123456\0在常量區，p3在棧上。
    static int c = 0; //全局（靜態）初始化區
    p1 = (char *)malloc(10);//堆
    p2 = (char *)malloc(20);//椎
    int *p5 = new int[10];//椎

    cout << "&p3=======" << &p3 << endl;
    cout << "&p2=======" << &p2 << endl;
    cout << "&s========" << &s << endl;
    cout << "&b========" << &b << endl;
    cout << "p5========" << p5 << endl;
    cout << "&c========" << &c << endl;
    cout << "&p1=======" << &p1 << endl;
    cout << "&a========" << &a << endl;

    cout << "sizeof(p1)========" << sizeof(p1) << endl;
    cout << "sizeof(&a)========" << sizeof(&a) << endl;
    cout << "sizeof(&c)========" << sizeof(&c) << endl;
    cout << "sizeof(p5)========" << sizeof(p5) << endl;

    return 0;
}

 

 MacOS 10.14.6的運行結果：

 

 

 

動&靜

一個程序被加載到內存中，這塊內存首先就存在兩種屬性：靜態分配內存和動態分配內存。 
靜態分配內存：是在程序編譯和鏈接時就確定好的內存。 
動態分配內存：是在程序加載、調入、執行的時候分配/回收的內存。

Text & Data & Bss（代碼段、初始化數據、未初始化數據）

• .text： 也稱為代碼段(Code)，用來存放程序執行代碼，同時也可能會包含一些常量(如一些字符串常量等）。該段內存為靜態分配，只讀(某些架構可能允許修改)。 
  這塊內存是共享的,當有多個相同進程(Process)存在時，共用同一個text段。

• .data： 也有的地方叫GVAR(global value)，用來存放程序中已經初始化的非零全局變量。靜態分配。

  • data又可分為讀寫（RW）區域和只讀（RO）區域。 
    -> RO段保存常量所以也被稱為.constdata eg const數據
    -> RW段則是普通非常全局變量，靜態變量就在其中

• .bss： 存放程序中未初始化的和零值全局變量。靜態分配，在程序開始時通常會被清零。

• 其中.bss和.data合稱為數據段

text和data段都在可執行文件中，由系統從可執行文件中加載；而bss段不在可執行文件中，由系統初始化。 
這三段內存就組成了我們編寫的程序的本體，但是一個程序運行起來，還需要更多的數據和數據間的交互，否則這個程序就是死的，無用的。所以我們還需要為更多的數據和數據交互提供一塊內存——堆棧。

堆棧（Heap& Stack）

堆和棧都是動態分配內存，兩者空間大小都是可變的。

• Stack： 棧，存放Automatic Variables，按內存地址由高到低方向生長，其最大大小由編譯時確定，速度快，但自由性差，最大空間不大。保存程序中的局部變量（也就是在代碼塊中的變量）這樣的變量伴隨着函數的調用和終止，在內存中也相應的增加或者減少。這樣的變量在創建時期按順序加入，在消亡的時候按相反的順序移除。 （來自另一片博客解釋：由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數的值，局部變量的值等。在Windows下，棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區 域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M(也有的是1M，總之是一個編譯時就確定的常數)， 如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小）

• Heap： 堆，自由申請的空間，按內存地址由低到高方向生長，其大小由系統內存/虛擬內存上限決定，速度較慢，但自由性大，可用空間大。 動態分配的內存在調用malloc（）或者相關函數產生，在調用free()時釋放，由程序員而不是一系列固定的規則內存持續時間，因此內存塊可在一個函數中創建，在另一個函數中釋放。由於這點，動態內存分配所使用的部分可能就碎片，也就是說：在活動的內存塊之間散布着未使用的內存片。動態分配內存往往要比棧分配的內存慢（一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由系統回收 。它與數據結構中的堆是兩回事。堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是由於系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續的，而鏈表 的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。）

• 每個線程都會有自己的棧，但是堆空間是共用的。

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圖解

在 sw-at 這張圖中所示內存空間，地址由下往上增長，分別標示了 .text、.data、.bss、stack和heap的內存分部情況。 
我們可以看到：

• text、data(gvar)、bss 在內存中地址較低低的位置（low level address），而堆棧則在相對較搞的位置。
• 堆(Heap)往高地址方向生長，棧(Stack)往低地址方向生長。