malloc 和全局变量声明在 C 中将它们的变量分配到哪里？ [复制]

Posted 2023-02-21

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【中文标题】malloc 和全局变量声明在 C 中将它们的变量分配到哪里？ [复制]【英文标题】：Where does malloc and global variable declaration allocates their variable to in C? [duplicate] 【发布时间】：2014-08-09 10:55:09 【问题描述】：

在一个简单的 C 程序中，如果我 malloc 一个指向变量或数组的点，根据内存映射，这部分内存分配到哪里？我对计算机编程非常陌生，所以我不确定不同的变量在内存中的存储方式是如何不同的。

另外，全局变量（例如int x = 5）将存储在内存中的什么位置？

最后，有没有关于 C 语言如何与低级硬件交互的材料？网上查到的都是C语法相关的，但是编译书我太菜鸟了。

如果不清楚，请告诉我。

【问题讨论】：

您能不能不通过 Google 搜索任何此类信息。不难找到... @AntonH 我很抱歉询问所谓的基础知识，但我发现的信息太多了，我无法理解这一点。希望你能理解。 +1：这个问题有点含糊，但还是很有趣的。 【参考方案1】：

考虑这个例子：

int global_x = 5;
int global_y;

int main()

    int local_a;

    char* buf = malloc(100);

虽然以下描述并非总是如此（特别是在微型嵌入式实现中），但现代平台上的典型程序将按如下布局：

global_x 是一个初始化的全局变量。它通常存储在可执行文件的.data 部分中，当程序加载时，它与程序文本一起位于内存的可读写、不可执行部分中。

global_y 是一个未初始化的全局变量。空间保留在程序的.bss 部分，不占用可执行文件中的空间。加载时它位于与上述类似的部分。

local_a 是一个本地（或“自动”）变量，位于 main 的调用 stack 中。它的生命周期受限于该函数的执行持续时间。（即一旦函数返回，变量就不再存在，并被丢弃。）

buf 指向从 heap 中提取的 100 字节的动态分配缓冲区。堆是一个内存区域，通常会根据需要扩展以适应应用程序的内存需求。当堆空间耗尽时（由malloc 和支持的库函数确定），将向操作系统请求额外的内存（例如，Linux 上的brk 或mmap）。

在 Linux 上，您可以查看 /prod/[pid]/maps 以查看进程 [pid] 的内存映射。例如：

$ cat /proc/30009/maps
00400000-0040c000 r-xp 00000000 fd:01 268784                             /usr/bin/cat
0060b000-0060c000 r--p 0000b000 fd:01 268784                             /usr/bin/cat
0060c000-0060d000 rw-p 0000c000 fd:01 268784                             /usr/bin/cat
01a7a000-01a9b000 rw-p 00000000 00:00 0                                  [heap]
365ec00000-365ec20000 r-xp 00000000 fd:01 263066                         /usr/lib64/ld-2.18.so
365ee1f000-365ee20000 r--p 0001f000 fd:01 263066                         /usr/lib64/ld-2.18.so
365ee20000-365ee21000 rw-p 00020000 fd:01 263066                         /usr/lib64/ld-2.18.so
365ee21000-365ee22000 rw-p 00000000 00:00 0 
365f000000-365f1b4000 r-xp 00000000 fd:01 263128                         /usr/lib64/libc-2.18.so
365f1b4000-365f3b4000 ---p 001b4000 fd:01 263128                         /usr/lib64/libc-2.18.so
365f3b4000-365f3b8000 r--p 001b4000 fd:01 263128                         /usr/lib64/libc-2.18.so
365f3b8000-365f3ba000 rw-p 001b8000 fd:01 263128                         /usr/lib64/libc-2.18.so
365f3ba000-365f3bf000 rw-p 00000000 00:00 0 
7f685162b000-7f6857b54000 r--p 00000000 fd:01 302750                     /usr/lib/locale/locale-archive
7f6857b54000-7f6857b57000 rw-p 00000000 00:00 0 
7f6857b6c000-7f6857b6d000 rw-p 00000000 00:00 0 
7fffa6f09000-7fffa6f2a000 rw-p 00000000 00:00 0                          [stack]
7fffa6ffe000-7fffa7000000 r-xp 00000000 00:00 0                          [vdso]
ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0                  [vsyscall]

我们看到/usr/bin/cat 的三个部分映射到0x400000、0x60b000 和0x60c000。

通过查看readelf -a /usr/bin/cat 的输出，您可以确定哪些段对应于在这些地址加载的段。这是留给读者的练习:-)

【讨论】：

【参考方案2】：

全局变量和静态变量在数据段。

malloc() 分配的内存在堆中。

函数中的自动变量在堆栈中。

这是一个解释进程内存布局的网站：http://duartes.org/gustavo/blog/post/anatomy-of-a-program-in-memory/

它并不特定于 C，但它显示了这些不同的内存区域如何位于进程内存中。

【讨论】：

什么是自动变量？函数中未声明static的局部变量。虽然“数据段”特别模糊（在磁盘上？在内存中？）malloc 不会从.data 部分中提取，甚至不会从内存映射的同一区域中提取。 【参考方案3】：

所有“malloc”-ed 变量/数组在堆空间中分配内存，而所有其他变量在堆栈中分配内存。