C语言的内存管理

C语言的内存管理

转载：http://blog.csdn.net/wind19/article/details/5964090

 

对于一个C语言程序而言，内存空间主要由五个部分组成代码段(.text)、数据段(.data)、BSS段(.bss)，堆(heap)和栈(stack)组成，其中代码段，数据段和BSS段是编译的时候由编译器分配的，而堆和栈是程序运行的时候由系统分配的。布局如下:

在上图中，由编译器分配的地址空间都是在连接(链接)的时候分配的，而运行时分配的空间是在程序运行时由系统分配的。

BSS段：BSS段（Block Started by Symbol）通常是指用来存放程序中未初始化(程序员在创建时没有赋值)的全局变量和静态变量的一块内存区域(可读可写不可执行)。特点是可读写的，在程序执行之前BSS段会自动清0。 （注意：一般的书上都会说全局变量和静态变量是会自动初始化的，为什么会这样呢？变量的初始化可以分为显示初始化(程序员在创建时手动赋值)和隐式初始化(程序员在创建时没有赋值，编译器自动将其初始化为0)。既然程序员未赋值的全局变量和静态变量最后都被自动赋值为0，那么就没必要把每个0都存储起来，把这些未初始化的变量统一存在BSS段，程序运行前统一将BSS段清0即可。这样做可以节省磁盘空间，同样一个程序如果全局变量和静态变量在创建时未初始化，那么编译器将其转化成的二进制可执行文件就会小很多。这是BSS的主要作用）。

数据段：数据段（data segment）通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量和静态变量、字符常量的一块内存区域(可读可写不可执行)。数据段属于静态内存分配，可以分为只读数据段和读写数据段。 字符串常量等，但一般都是放在只读数据段中。
  
代码段：代码段（code segment/text segment）通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域(可读可执行不可写)。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，但一般都是放在只读数据段中。

以上BSS、数据段、代码段都是编译器在程序运行前就分配好的。如果代码中的全局变量和静态变量在创建时不立即初始化，那么它们会被存储在BSS段，BSS段会在程序运行前统一清0,这样程序的可执行文件就会小很多。

下面两个堆和栈是在程序运行时，动态分配的，不是由编译器管理。

堆（heap）：堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段(即对象)，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减(可读可写可执行)。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） 
  
栈(stack)：栈又称堆栈， 是用户存放程序临时创建的局部变量(可读可写可执行)，也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（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。注意：栈空间是向下增长的，每个线程有一个自己的栈，在linux上默认的大小是8M(ios上线程默认是1M)，可以用ulimit查看和修改。

栈系统提供的功能，特点是快速高效，缺点是有限制，数据不灵活；而堆是函数库提供的功能，特点是灵活方便，数据适应面广泛，但是效率有一定降低。

Note: 一般编译器和操作系统实现来说，对于虚拟地址空间的最低（从0开始的几K）的一段空间是未被映射的，也就是说它在进程空间中，但没有赋予物理地址，不能被访问。这也就是对空指针的访问会导致crash的原因，因为空指针的地址是0。至于为什么预留的不是一个字节而是几K，是因为内存是分页的，至少要一页；另外几k的空间还可以用来捕捉使用空指针的情况。