【C深入】程序中的三国天下，栈，堆，静态内存

1 栈

1.1 程序中的栈

栈是现代计算机程序里最重要的概念之一。
栈在程序中用于维护函数调用上下文。
函数中的参数和局部变量存储在栈上。
栈是一种后进先出的行为。

1.2 函数调用过程

栈保存了一个函数调用所需的维护信息:参数、返回地址、局部变量、调用上下文、……

每次函数调用都对应着一个栈上的活动记录。
调用函数的活动记录位于栈的中部。
被调函数的活动记录位于栈的顶部。

函数调用栈变化

这里返回地址描述应该是有问题，返回地址是指函数调用处后一句代码的地址。

1.3 函数调用栈上的数据

函数调用时，对应的栈空间在函数返回前是专用的。
函数调用结束时，栈空间将被释放，数据不再有效。

编程实验：指向栈数据的指针

#include<stdio.h>int* g(void)
{int a[10] = {0};return a;
}void f()
{int i = 0;int b[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};int *a = g();/*for (i=0; i<10; i++){b[i] = a[i];}   //不注释掉能正常访问b的值*/for (i=0; i<10; i++){printf("%d.\n", b[i]);//直接打印，由于调用了printf函数，会建立相应的活动记录，从而该变b的值}
}int main(void)
{   f();    return 0;
}

2 堆

堆是程序中一块预留的空间，可由程序自由使用。
堆中被程序申请使用的内存在被主动释放前将一直有效。

为什么有了栈还需要堆？
栈上的数据在函数返回后就会被释放掉，无法传递到函数外部，如：局部数组。

C语言程序中通过库函数的调用获得堆空间
- 头文件:malloc.h。
- malloc:以字节的方式动态申请内存。
- free：将堆空间归还给系统。
系统对堆空间的管理方式：空闲链表法、位图法、对象池法等等。

3 静态存储区

静态存储区随着程序的运行而分配空间。
静态存储区的生命周期直到程序运行结束。
在程序的编译期静态存储区的大小就已经确定。
静态存储区主要用于保存全局变量和静态局部变量。
静态存储区的信息最终会保存到可执行程序中。

编程实验:静态存储区的验证

#include <stdio.h>int g_v = 1;static int g_vs  = 2;void f()
{static int g_vl = 3;printf("%p\n", &g_vl);
}int main()
{printf("%p\n", &g_v);printf("%p\n", &g_vs);f();//0x804a020 0x804a024 0x804a028return 0;
}

小结

栈、堆和静态存储区是程序中的三个基本数据区：
- 栈主要用于函数调用的使用；
- 堆主要是用于内存的动态申请和归还；
- 静态存储区用于保存全局变量和静态变量。

4 程序文件的一般布局

4.1 程序和进程

程序与进程的不同
- 程序是静态的概念，表现形式为一个可执行文件。
- 进程是动态的概念，程序由操作系统加载后运行得到的。
- 每个程序可以对应多个进程。
- 每个进程只能对应一个程序。

思考：面试中的小问题
包含脚本代码的文本文件是一种类型的可执行程序吗？如果是，对应什么样的进程呢？

4.2 文件布局在内存中的映射

4.3 程序的内存布局

各个段的作用：
- 堆栈段在程序运行后才正式存在，是程序运行的基础；
- .bss段存放的是未初始化的全局变量和静态变量；
- .text段存放的是程序中的可执行代码；
- .data段保存的是已经初始化了的全局变量和静态变量；
- .rodata段存放程序中的常量值，如字符串常量。

4.4 程序术语的对应关系

静态存储区通常指程序中的.bss和.data段。
只读存储区通常指程序中的.rodata段。
局部变量所占空间为栈上的空间。
动态空间为堆中的空间。
程序可执行代码存放于.text段。

思考：面试中的小问题
同是全局变量和静态变量，为什么初始化和未初始化的保存在不同的段中？
从高效的角度进行思考。

小结

程序源码在编译后对应可执行程序中的不同存储区。
程序和进程不同，程序是静态概念，进程是动态概念。
堆栈段是程序运行的基础，只存在于进程空间中。
程序可执行代码存放于.text段，是只读的。
.bss和.data段用于保存全局变量和静态变量。

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-------------------------------------资源来源于网络,仅供自学使用,如有侵权,联系我必删. 第一: 程序中的栈 ? 栈是现代计算机程序里最为重要的概念之一 ? ...

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1.3 函数调用栈上的数据

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2 堆

3 静态存储区

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小结

4 程序文件的一般布局

4.1 程序和进程

4.2 文件布局在内存中的映射

4.3 程序的内存布局

4.4 程序术语的对应关系

小结

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