C語言數(shù)據(jù)存儲大揭秘
發(fā)布時(shí)間：2023-11-02 14:22:08
內(nèi)存分成5個區(qū)，它們分別是堆、棧、自由存儲區(qū)、全局/靜態(tài)存儲區(qū)和常量存儲區(qū)。
1、棧區(qū)(stack)：FIFO就是那些由編譯器在需要的時(shí)候分配，在不需要的時(shí)候自動清除的變量的存儲區(qū)。里面的變量通常是局部變量、函數(shù)參數(shù)等。
2、堆區(qū)(heap)：就是那些由new分配的內(nèi)存塊，它們的釋放編譯器不去管，由我們的應(yīng)用程序去控制，一般一個new就要對應(yīng)一個delete。如果程序員沒有釋放掉，那么在程序結(jié)束后，操作系統(tǒng)會自動回收。
3、自由存儲區(qū)：就是那些由malloc等分配的內(nèi)存塊，它和堆是十分相似的，不過它是用free來結(jié)束自己的生命。
4、全局/靜態(tài)存儲區(qū)：全局變量和靜態(tài)變量被分配到同一塊內(nèi)存中，在以前的C語言中，全局變量又分為初始化的和未初始化的，在C++里面沒有這個區(qū)分了，他們共同占用同一塊內(nèi)存區(qū)。
5、常量存儲區(qū)：這是一塊比較特殊的存儲區(qū)，它們里面存放的是常量，不允許修改（當(dāng)然，你要通過非正當(dāng)手段也可以修改，而且方法很多）
內(nèi)存主要分為代碼段，數(shù)據(jù)段和堆棧。代碼段放程序代碼，屬于只讀內(nèi)存。數(shù)據(jù)段存放全局變量，靜態(tài)變量，常量等，堆里存放自己malloc或new出來的變量，其他變量就存放在棧里，堆棧之間空間是有浮動的。數(shù)據(jù)段的內(nèi)存會到程序執(zhí)行完才釋放。調(diào)用函數(shù)先找到函數(shù)的入口地址，然后計(jì)算給函數(shù)的形參和臨時(shí)變量在棧里分配空間，拷貝實(shí)參的副本傳給形參，然后進(jìn)行壓棧操作，函數(shù)執(zhí)行完再進(jìn)行彈棧操作。字符常量一般放在數(shù)據(jù)段，而且相同的字符常量只會存一份。
1、由C語言代碼（文本文件）形成可執(zhí)行程序（二進(jìn)制文件），需要經(jīng)過編譯-匯編-連接三個階段。編譯過程把C語言文本文件生成匯編程序，匯編過程把匯編程序形成二進(jìn)制機(jī)器代碼，連接過程則將各個源文件生成的二進(jìn)制機(jī)器代碼文件組合成一個文件。
2、C語言編寫的程序經(jīng)過編譯-連接后，將形成一個統(tǒng)一文件，它由幾個部分組成。在程序運(yùn)行時(shí)又會產(chǎn)生其他幾個部分，各個部分代表了不同的存儲區(qū)域：
1）代碼段（Code或Text）
代碼段由程序中執(zhí)行的機(jī)器代碼組成。在C語言中，程序語句執(zhí)行編譯后，形成機(jī)器代碼。在執(zhí)行程序的過程中，CPU的程序計(jì)數(shù)器指向代碼段的每一條機(jī)器代碼，并由處理器依次運(yùn)行。
2）只讀數(shù)據(jù)段(RO data)
只讀數(shù)據(jù)段是程序使用的一些不會被更改的數(shù)據(jù)，使用這些數(shù)據(jù)的方式類似查表式的操作，由于這些變量不需要更改，因此只需要放置在只讀存儲器中即可。
3）已初始化讀寫數(shù)據(jù)段(RW data)
已初始化數(shù)據(jù)是在程序中聲明，并且具有初值的變量，這些變量需要占用存儲器的空間，在程序執(zhí)行時(shí)它們需要位于可讀寫的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)，并且有初值，以供程序運(yùn)行時(shí)讀寫。
4）未初始化數(shù)據(jù)段(BBS)
未初始化數(shù)據(jù)是在程序中聲明，但是沒有初始化的變量，這些變量在程序運(yùn)行之前不需要占用存儲器的空間。
5）堆(heap)
堆內(nèi)存只在程序運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，一般由程序員分配和釋放。在具有操作系統(tǒng)的情況下，如果程序沒有釋放，操作系統(tǒng)可能在程序(例如一個進(jìn)程)結(jié)束后會后內(nèi)存。
6）棧（statck）
堆內(nèi)存只在程序運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，在函數(shù)內(nèi)部使用的變量，函數(shù)的參數(shù)以及返回值將使用棧空間，棧空間由編譯器自動分配和釋放。
3、代碼段、只讀數(shù)據(jù)段、讀寫數(shù)據(jù)段、未初始化數(shù)據(jù)段屬于靜態(tài)區(qū)域，而堆和棧屬于動區(qū)域。代碼段、只讀數(shù)據(jù)段和讀寫數(shù)據(jù)段將在連接之后產(chǎn)生，未初始化數(shù)據(jù)段將在程序初始化的時(shí)候開辟，而對堆和棧將在程序餓運(yùn)行中分配和釋放。
4、C語言程序分為映像和運(yùn)行時(shí)兩種狀態(tài)。在編譯-連接后形成的映像中，將只包含代碼段(Text)、只讀數(shù)據(jù)段(R0 Data)和讀寫數(shù)據(jù)段（RW Data）。在程序運(yùn)行之前，將動態(tài)生成未初始化數(shù)據(jù)段(BSS)，在程序的運(yùn)行時(shí)還將動態(tài)生成堆(Heap)區(qū)域和棧（Stack）區(qū)域。
1、一般來說，在靜態(tài)的映像文件中，各個部分稱之為節(jié)(Section)，而在運(yùn)行時(shí)的各個部分稱之為段(Segment)。如果不詳細(xì)區(qū)分，統(tǒng)稱為段。
2、C語言在編譯連接后，將生成代碼段(TEXT)，只讀數(shù)據(jù)段(RO Data)和讀寫數(shù)據(jù)段(RW Data)。在運(yùn)行時(shí)，除了上述三個區(qū)域外，還包括未初始化數(shù)據(jù)段(BBS)區(qū)域和堆（heap）區(qū)域和棧（Stack）區(qū)域。
1、段的分類
每一個源程序生成的目標(biāo)代碼將包含源程序所需要表達(dá)的所有信息和功能。目標(biāo)代碼中各段生成情況如下：
1）代碼段（Code）
代碼段由程序中的各個函數(shù)產(chǎn)生，函數(shù)的每一個語句將最終經(jīng)過編譯和匯編生成二進(jìn)制機(jī)器代碼
2）只讀數(shù)據(jù)段(RO Data)
只讀數(shù)據(jù)段由程序中所使用的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，該部分?jǐn)?shù)據(jù)的特點(diǎn)在運(yùn)行中不需要改變，因此編譯器會將數(shù)據(jù)放入只讀的部分中。C語言的一些語法將生成只讀數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)段。
2、只讀數(shù)據(jù)段(RO Data)
只讀數(shù)據(jù)段(RO Data)由程序中所使用的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，該部分?jǐn)?shù)據(jù)的特點(diǎn)是在運(yùn)行中不需要改變，因此編譯器會將數(shù)據(jù)放入只讀的部分中。以下情況將生成只讀數(shù)據(jù)段。
1）只讀全局變量
定義全局變量const char a[100]=”abcdefg”將生成大小為100個字節(jié)的只讀數(shù)據(jù)區(qū)，并使用字符串“abcdefg”初始化。如果定義為const char a[]=”abcdefg”,沒有指定大小，將根據(jù)“abcdefgh”字串的長度，生成8個字節(jié)的只讀數(shù)據(jù)段。
2）只讀局部變量
例如：在函數(shù)內(nèi)部定義的變量const char b[100]=”9876543210”;其初始化的過程和全局變量。
3）程序中使用的常量
例如：在程序中使用printf("informationn”),其中包含了字串常量，編譯器會自動把常量“information n”放入只讀數(shù)據(jù)區(qū)。
注：在const char a[100]={“ABCDEFG”}中，定義了100個字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)，但是只初始化了前面的8個字節(jié)（7個字符和表示結(jié)束符的‘0’）。在這種用法中，實(shí)際后面的字節(jié)米有初始化，但是在程序中也不能寫，實(shí)際上沒有任何用處。因此，在只讀數(shù)據(jù)段中，一般都需要做完全的的初始化。
3、讀寫數(shù)據(jù)段（RW Data）
讀寫數(shù)據(jù)段表示了在目標(biāo)文件中一部分可以讀也可以寫的數(shù)據(jù)區(qū)，在某些場合它們又被稱為已初始化數(shù)據(jù)段。這部分?jǐn)?shù)據(jù)段和代碼，與只讀數(shù)據(jù)段一樣都屬于程序中的靜態(tài)區(qū)域，但是具有科協(xié)的特點(diǎn)。
1）已初始化全局變量
例如：在函數(shù)外部，定義全局的變量char a[100]=”abcdefg”
2）已初始化局部靜態(tài)變量
例如：在函數(shù)中定義static char b[100]=”9876543210”。函數(shù)中由static定義并且已經(jīng)初始化的數(shù)據(jù)和數(shù)組將被編譯為讀寫數(shù)據(jù)段。
說明：
讀寫數(shù)據(jù)區(qū)的特點(diǎn)是必須在程序中經(jīng)過初始化，如果只有定義，沒有初始值，則不會生成讀寫數(shù)據(jù)區(qū)，而會定義為未初始化數(shù)據(jù)區(qū)(BSS)。如果全局變量（函數(shù)外部定義的變量）加入static修飾符，寫成static char a[100]的形式，這表示只能在文件內(nèi)部使用，而不能被其他文件使用。
4、未初始化數(shù)據(jù)段(BSS)
未初始化數(shù)據(jù)段常被稱之為BSS(英文名為Block start by symbol的縮寫)。與讀寫數(shù)據(jù)段類似，它也屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)。但是該段中數(shù)據(jù)沒有經(jīng)過初始化。因此它只會在目標(biāo)文件中被標(biāo)識，而不會真正稱為目標(biāo)文件中的一個段，該段將會在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生。未初始化數(shù)據(jù)段只有在運(yùn)行的初始化階段才會產(chǎn)生，因此它的大小不會影響目標(biāo)文件的大小。
四、在C語言的程序中，對變量的使用需要注意的問題：
1、在函數(shù)體中定義的變量通常是在棧上，不需要在程序中進(jìn)行管理，由編譯器處理。
2、用malloc，calloc,realoc等分配分配內(nèi)存的函數(shù)所分配的內(nèi)存空間在堆上，程序必須保證在使用后使用后freee釋放，否則會發(fā)生內(nèi)存泄漏
3、所有函數(shù)體外定義的是全局變量，加了static修飾符后的變量不管在函數(shù)內(nèi)部或者外部存放在全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）。
4、使用const定義的變量將放于程序的只讀數(shù)據(jù)區(qū)。
說明：
