C语言内存分布与heap空间分别详细讲解

内存分布

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data和bss合起来叫做静态区或全局区）。

代码区

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。

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）。

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）。

程序在加载到内存前，代码区和全局区(data和bss)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。

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。

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。

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。

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。

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。

变量

局部变量：

概念：定义在函数内部的变量。

作用域：从定义位置开始，到包裹该变量的第一个右大括号结束。

生命周期：局部变量：从变量定义开始，函数调用完成。 --- 函数内部。

全局变量：

概念：定义在函数 外 部的变量。

作用域：从定义位置开始，默认到本文件内部。 其他文件如果想使用，可以通过声明方式将作用域导出。

生命周期:程序启动开始，程序终止结束。 --- 程序执行期间。

static全局变量：

定义语法： 在全局变量定义之前添加 static 关键字。 static int a = 10；

作用域：被限制在本文件内部，不允许通过声明导出到其他文件。

生命周期：程序启动开始，程序终止结束。 --- 程序执行期间。

static局部变量：

定义语法： 在局部变量定义之前添加 static 关键字。

特性： 静态局部变量只定义一次。在全局位置。 通常用来做计数器。

作用域：从定义位置开始，到包裹该变量的第一个右大括号结束。

生命周期：程序启动开始，程序终止结束。 --- 程序执行期间

全局函数： 函数

定义语法： 函数原型 + 函数体

生命周期：程序启动开始，程序终止结束。 --- 程序执行期间。

static函数：

定义语法：static + 函数原型 + 函数体

static 函数 只能在 本文件内部使用。 其他文件即使声明也无效。

生命周期：程序启动开始，程序终止结束。 --- 程序执行期间。

内存4区模型

代码段：.text段。 程序源代码（二进制形式）。

数据段：只读数据段 .rodata段。初始化数据段 .data段。 未初始化数据段 .bss 段。

stack：栈。 在其之上开辟 栈帧。 windows 1M --- 10M Linux： 8M --- 16M

heap：堆。 给用户自定义数据提供空间。 约 1.3G+

当全局变量与局部变量命名冲突时采用就近原则

开辟释放 heap 空间

void *malloc(size_t size); 申请 size 大小的空间

返回实际申请到的内存空间首地址。 【我们通常拿来当数组用】

void free(void *ptr); 释放申请的空间

参数： malloc返回的地址值。

使用 heap 空间

空间时连续。 当成数组使用。

free后的空间，不会立即失效。 通常将free后的 地址置为NULL。

free 地址必须 是 malloc申请地址。否则出错。

如果malloc之后的地址一定会变化，那么使用临时变量tmp 保存。

代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
int main()
{
	//int arr[1000000] = {10, 20, 40};
	int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
	//char *str = (char *)malloc(sizeof(char)*10);
	if (p == NULL)
	{
		printf("malloc error\n");
		return -1;
	}
	char *tmp = p;  // 记录malloc返回的地址值。用于free
	// 写数据到 malloc 空间。
	for (size_t i = 0; i < 10; i++)
	{
		p[i] = i + 10;
	}
	// 读出malloc空间中的数据
	//for (size_t i = 0; i < 10; i++)
	//{
	//	printf("%d ", *(p+i));
	//}
	for (size_t i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *p);
		p++;
	}
	// 释放申请的内存。
	free(tmp);
	p = NULL;
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

二级指针对应的 heap空间

申请外层指针： char **p = (char **)malloc(sizeof(char *) * 5);

申请内层指针：

 for(i = 0; i < 5; i++)
 {
     p[i] = (char *)malloc(sizeof(char) *10);
 }

使用： 不能修改 p 的值。

 for(i = 0; i < 5; i++)
 {
     strcpy(p[i], "helloheap");
 }

释放内层：

 for(i = 0; i < 5; i++)
 {
     free(p[i]);
 }

释放外层：

free(p);

到此这篇关于C语言内存分布与heap空间分别详细讲解的文章就介绍到这了,更多相关C语言内存分布与heap空间内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！