C语言的内存分配

Posted 2021-12-18 Fireflycjd

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C语言的内存分配相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

01、ANSI C

在ANSI C中数据类型包括：整形，浮点型，指针和聚合型(如数组和结构等)

整形：

字符，短整型，整型和长整型，他们都分别有有符号(singed)和无符号(unsingned)

取值范围：

没有带signed或者unsigned，默认signed

长整型至少应该和整型一样长，而整型至少应该和短整型一样长

在32位环境中，各种数据类型的长度一般如下：

02、ARM C

具体我们以IAR为编译器，版本7.2

注意：

在32位ARM中，字是32位，半字是16位，字节是8位

可以看到以下关于整型的数据类型

下面使用typedef重新定义数据类型，没有使用到long，因为都是32位的有一个int就够了

typedef unsigned  char       uint8;    //!< 无符号8位整型变量 
typedef signed    char       int8;     //!< 有符号8位整型变量  
typedef unsigned  short      uint16;   //!<无符号16位整型变量 
typedef signed    short      int16;    //!< 有符号16位整型变量 
typedef unsigned  int        uint32;   //!< 无符号32位整型变量 
typedef signed    int        int32;    //!<有符号32位整型变量 
typedef float                fp32;     //!< 单精度浮点数（32位长度） 
typedef double               fp64;     //!< 双精度浮点数（64位长度）

03、C语言内存分配方法

在标准C语言中，编译出来的可执行程序分为代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）3个部分。如下代码

#include <stdlib.h>
int a = 0;    //a在全局已初始化数据区 
char *p1;    //p1在BSS区（未初始化全局变量） 
void main() 

    int b; //b在栈区
    int c; //C为全局（静态）数据，存在于已初始化数据区
    char s[] = "abc"; //s为数组变量，存储在栈区，
    char *p2,*p3;  //p2、p3在栈区
    p2 = (char *)malloc(10);//分配得来的10个字节的区域在堆区
    p3 = (char *)malloc(20);//分配得来的20个字节的区域在堆区
    free(p2);
    free(p3);

使用linux编译之后得到的可执行文件如下

可以看到代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）。

代码段（text）：存放代码的地方。只能访问，不能修改，代码段就是程序中的可执行部分，直观理解代码段就是函数堆叠组成的。

数据段（data）：全局变量和静态局部变量存放的地方。也被称为数据区、静态数据区、静态区：数据段就是程序中的数据，直观理解就是C语言程序中的全局变量。注意是全局变量或静态局部变量，局部变量不算。

未初始化数据区（bss）：bss段的特点就是被初始化为0，bss段本质上也是属于数据段。

那么问题来了，为什么要区分data段和bss段呢？

以下面代码为例，a.c和b.c的差异只是有没有给arr数组赋值。

可以看到a.out的bss段大，b.out的data段大。但是b.out的文件大小明显比a.out的大很多。

那么就可以简单理解为，data段会增大可执行文件的大小，而bss段不会。

这里我说下自己的理解，我并没有找到资料验证：

data段是全局变量，但是需要初始化值，上面我的例子是全部初始全部为1，但也可能是1024*1024个不同的数据，而这些数据需要保存起来，表现出来也就是需要保存在可执行文件中。

bss段也是全局变量，但不需要初始化值，只需要保存一下这个全部变量的保存的数据类型和大小即可。即使它的数组容量是1024*1024，也不会占用很多可执行文件的大小。

这里再说明一个问题：如果一个全部变量初始化为0，那么它也是bss段，不是data段，即使你代码中把它初始化为0了。这点大家可以自行验证。

关于数据段，也就是data段，也会分为RO data（只读数据段）和RW data（读写数据段）。

从字面意思就可以区分他们的意思，不同的是：

只读数据段：程序使用的一些不会被更改的数据，使用这些数据的方式类似查表式的操作，由于这些变量不需要更改，因此只需要放置在只读存储器中即可。

读写数据段：程序中是可以被更改的数据，且初始化过的，所以需要放置在RAM中，且初始化的内容放在存储器中（表现为放入可执行文件中）。

这样又可以分区只读区和读写区域，如下所所示（当然bss段和下文的堆栈也是读写区）

上面说到“编译出来的可执行程序分为代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）3个部分”，那运行中就会多出来一些区域，这就是我们常说的堆栈，注意堆栈是两个区域堆和栈。

栈：局部变量、函数一般在栈空间中。运行时自动分配&自动回收：栈是自动管理的，程序员不需要手工干预。方便简单。是提前分配好的连续的地址空间。栈的增长方向是向下的，即向着内存地址减小的方向。

堆：堆内存管理者总量很大的操作系统内存块，各进程可以按需申请使用，使用完释放。程序手动申请&释放：手工意思是需要写代码去申请malloc和释放free。可以是不连续的地址空间。堆的增长方向是向上的，即向着内存地址增加的方向。

下面是简单的演示代码

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int bss_var;                                //未初始化全局数据存储在BSS区
int data_var=42;                            //初始化全局数据存储在数据区

int main(int argc,char *argv[])

  char *p ,*b;
  printf("Adr bss_var:0x%x\\n",&bss_var);
  printf("Adr data_var:0x%x\\n",&data_var);
  printf("the %s is at adr:0x%x\\n","main",&main);
  p=(char *)alloca(32);              //从栈中分配空间
  if(p!=NULL)
  
    printf("the p start is at adr:0x%x\\n",p);
    printf("the p end is at adr:0x%x\\n",p+31);
  
  b=(char *)malloc(32*sizeof(char));   //从堆中分配空间
  if(b!=NULL)
  
    printf("the b start is at adr:0x%x\\n",b);
    printf("the b end is at adr:0x%x\\n",b+31);
  
  free(b);         //释放申请的空间，以避免内存泄漏
  while(1);