零基础学C语言知识总结十一：C语言的内存四区

Posted 2022-11-12 一起学编程

一个正在运行着的C编译程序占用的内存分为代码区、静态数据区、未初始化数据区、堆区 和 栈区5个部分。

C语言中定义4个内存区间是:  代码区,  静态存储区,  栈区, 堆区.  其中栈区和堆区是属于动态存储区​可执行文件在存储（也就是还没有载入到内存中）的时候，分为：代码区、静态区和未初始化数据区3个部分。

代码区

        只读区域，程序运行过程中无法做任何修改的存储区域。用于存放代码和常量。

        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），因为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。

        代码区 指令根据程序设计流程依次执行，对于顺序指令，则只会执行一次（每个进程），如果反复，则需要使用跳转指令，如果进行递归，则需要借助栈来实现。

代码段： 代码段通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。

在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等

。代码区的指令中包括操作码和要操作的对象（或对象地址引用）。如果是立即数（即具体的数值，如5），将直接包含在代码中；如果是局部数据，将在栈区分配空间，然后引用该数据地址；如果是BSS区和数据区，在代码中同样将引用该数据地址。另外，代码段还规划了局部数据所申请的内存空间信息。

数据区：可读可写区域，程序运行过程中可做任意修改的存储区域。用于存放变量

静态数据区

        该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量、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），注意 （只初始化一次）。例如，一个不在任何函数内的声明（全局数据）：

int max = 99;

使得变量max根据其初始值被存储到初始化数据区中。

static min = 100; 

         这声明了一个静态数据，如果是在任何函数体外声明，则表示其为一个全局静态变量，如果在函数体内（局部），则表示其为一个局部静态变量。另外，如果在函数名前加上static，则表示此函数只能在当前文件中被调用。

数据段：通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。数据段中的静态数据区存放的是程序中已初始化的全局变量、静态变量和常量。

未初始化数据区

未初始化数据区。亦称BSS区，存入的是全局未初始化变量。BSS这个叫法是根据一个早期的汇编运算符而来，这个汇编运算符标志着一个块的开始。BSS区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为0或者空指针（NULL）。例如一个不在任何函数内的声明：

long sum[1000];

将变量sum存储到未初始化数据区。

BSS 段：通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS 是英文Block Started by Symbol 的简称。BSS 段属于静态内存分配，即程序一开始就将其清零了。一般在初始化时BSS段部分将会清零。

栈区

栈区（stack）。由编译器自动分配释放内存的区间，所得的内存空间一般都是连续的，是用来存放函数的参数值、局部变量的值等。存放函数的参数值、局部变量的值，以及在进行任务切换时存放当前任务的上下文内容。其操作方式类似于数据结构中的栈。每当一个函数被调用，该函数返回地址和一些关于调用的信息，比如某些寄存器的内容，被存储到栈区。然后这个被调用的函数再为它的自动变量和临时变量在栈区上分配空间，这就是C实现函数递归调用的方法。

每执行一次递归函数调用，一个新的栈框架就会被使用，这样这个新实例栈里的变量就不会和该函数的另一个实例栈里面的变量混淆。

​栈(stack)：栈又称堆栈， 是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧"  "中定义的变量，如int[  ] arr = 1, 2, 3;变量arr ( 数组名) 存储在栈中，变量arr的值(数组元素)存储在堆中(普通结构)（但不包括static 声明的变量，static 意味着在数据段中存放变量）。

除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点，所以栈特别方便用来保存/ 恢复调用现场。从这个意义上讲，我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

堆区

堆区（heap）。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，程序结束时有可能由OS回收。堆中的内存区域不是连续的，还是将有效的内存区域经过链表指针连接起来的​。

堆(heap)： 用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc 等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用free 等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）。

在将应用程序加载到内存空间执行时，操作系统负责代码段、数据段和BSS段的加载，并将在内存中为这些段分配空间。栈段亦由操作系统分配和管理，而不需要程序员显示地管理；堆段由程序员自己管理，即显式地申请和释放空间。

另外，可执行程序在运行时具有相应的程序属性。在有操作系统支持时，这些属性页由操作系统管理和维护。

C语言程序编译完成之后，已初始化的全局变量保存在数据段中，未初始化的全局变量保存在BSS段中。数据段和代码段都在可执行文件中，由系统从可执行文件中加载；而BSS段不在可执行文件中，由系统初始化。BSS段只保存没有值的变量，所以事实上它并不需要保存这些变量的映像。运行时所需要的BSS段大小记录在目标文件中，但是BSS段并不占据目标文件的任何空间。

堆区与栈区的差异：

        在栈上所申请的内存空间是系统自动分配的，所以当我们出了变量所在的作用域后，系统会自动我们回收这些空间，而在堆上申请的空间是要我们自己手动操作的，当出了相应的作用域以后，我们需要调用free或者delete来释放所申请的内存空间，如果我们不及时得对这些空间进行释放，那么内存中的内存碎片就越来越多，从而我们的实际内存空间也就会变的越 来越少，即，孤立的内存块越来越多。

作者：Mr_Li_

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