C语言：内存四区

Posted 2022-03-19 嵌入式up笔记

文章目录

• C语言之内存四区
• • 栈区
  • 堆区
  • 全局区（静态区）
  • 代码区

C语言之内存四区

C语言编译执行在CPU上的时候，其内存占用主要可以分为四个区域：栈区、堆区、全局区、代码区，这四个区域有着不同的存储特性和存储位置，下面一一介绍；

栈区

栈区是RAM里面的一段，主要用于临时存放函数的参数值、局部变量值，该内存的分配过程由编译器进行分配，当我们在main中调用一个函数 fun() 的时候，编译器会将main函数的运行数据进行压栈做现场保护，保存main函数运行时对应的寄存器值以及main函数的返回地址到堆栈，然后将fun的参数进行压栈，开始运行函数程序，当fun()函数执行完成之后，编译器会进行出栈操作，弹出当前函数的参数值（局部变量的生命周期就是从压栈到出栈的这段时间），当SP指针（栈顶指针）指向返回地址时，会把参数赋值给PC（程序计数器），程序跳转到原先main中调用的地方，然后SP继续向下走，弹出main函数的运行状态到寄存器里面，之后main函数继续运行程序，这就是栈区的运行流程，运行流程就如下图：

由上面的描述我们可以明白栈区有如下特点：

1. 就是RAM里面一个存储空间，其生长方向由高地址向低地址生长（到底后就不能继续生长，内存有限），有一个专门的栈顶指针（SP）指向栈顶
2. 内存分配的操作由编译器来进行，程序自动向操作系统申请分配以及回收，速度快且使用方便
3. 栈区通常用来存储局部变量和函数参数以及函数调用后返回的地址

堆区

堆区也是RAM里面的一段，一般由程序员手动分配释放 （比如使用C语言内的malloc和free动态内存分配） ，调用函数后会向操作系统申请一块内存，当系统收到程序的申请时，会遍历一个记录空闲内存地址的链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收，如果因为其他原因没有及时释放，程序结束后，没有指针指向这一块内存，则会导致内存泄漏

内存泄漏是指程序中动态分配的的堆内存，由于某些原因无法释放或者未释放，造成的内存浪费

堆区的特点：

1. 由程序员来进行分配，灵活性大，但其分配的速度较慢，地址不连续，容易碎片化
2. 地址生长方向由低地址往高地址，申请上限由计算机自身的虚拟内存来决定

虚拟内存的定义是基于对地址空间的重定义的，即把地址空间定义为连续的虚拟内存地址，以借此「欺骗」程序，使它们以为自己正在使用一大块的连续地址，对程序来说它是连续的，完整的，实际上虚拟内存是映射在多个物理内存碎片上，还有部分映射到了外部磁盘存储器上。虚拟内存有以下两个优点：

1.虚拟内存地址空间是连续的，没有碎片

2.虚拟内存的最大空间就是CPU的最大寻址空间，不受内存大小的限制，能提供比内存更大的地址空间

全局区（静态区）

全局区用于存放全局变量和静态变量以及常量，变量中**初始化过的变量 ** 和 未初始化的变量或者初始化为0的变量放在不同区域：

1. 初始化的全局变量和静态变量在一块区域
2. 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量或者初始化为0的全局\\静态变量在相邻的另一块区域
3. 常量如字符串常量，const声明后的变量存放在常量区

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Tips：两种变量为什么要分开放呢？

此处主要涉及到程序三段概念：程序三段分为如下三段：

1. 代码段（.text段）

2. 数据段（.data段）

3. .bbs段

每一段的功能如下：

代码段：存放指令代码（局部变量也放在代码段），只读

数据段：存放初始化值不为0的全局变量或静态变量，可写

BSS段：存放初始化为0或未初始化的全局或静态变量，可写

可以看到程序三段和内存四区有一定的对应关系的，初始时启动代码会加载内存四区的数据，为了让启动代码更加简单快速，编译链接器会直接按照分区读取数据到对应的程序段，比如直接复制全局区的初始化变量到数据段，或者直接将未初始化段的区域直接清零后读取到.bbs段，简化启动流程

注意：程序三段是CPU级别的概念，内存四区是C语言级别的概念

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代码区

代码区用于存放机器指令，代码区是可共享的（即另外的执行程序可以调用它），主要为了程序可复用，不用同样的程序放几份，代码区通常是只读的，主要防止指令被程序意外修改