文章目錄

• • 1 棧
  • • 1.1 程序中的棧
    • 1.2 函數調用過程
    • 1.3 函數調用棧上的數據
  • 2 堆
  • • 2.1 程序中的堆
    • 2.2 系統對堆的管理方式
  • 3 靜態存儲區
  • • 3.1 程序中的靜態存儲區
  • 4 程序的內存布局
  • • 4.1 程序文件的一般布局
    • 4.2 文件布局在內存中的映射
    • 4.3 程序和進程

1 棧

棧主要用于函數調用的使用。

1.1 程序中的棧

棧的要點：

• 棧是現代計算機程序里最重要的概念之一。
• 棧在程序中用于維護函數調用上下文。
• 函數中的參數和局部變量存儲在棧上。
• 棧是一種后進先出的行為。
  

1.2 函數調用過程

棧保存了一個函數調用所需的維護信息： 參數、返回地址、局部變量、調用上下文、……

每次函數調用都對應著一個棧上的活動記錄：

• 調用函數的活動記錄位于棧的中部。
• 被調函數的活動記錄位于棧的頂部。

函數調用棧變化：

1.3 函數調用棧上的數據

函數調用時，對應的棧空間在函數返回前是專用的。函數調用結束時，棧空間將被釋放，數據不再有效。因此，我們不能將函數中的局部變量以指針的形式返回。

編程實驗：指向棧數據的指針

#include<stdio.h>int* g(void) {int a[10] = {0};return a; }void f() {int i = 0;int b[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};int *a = g();/*for (i=0; i<10; i++){b[i] = a[i];} //不注釋掉能正常訪問b的值*/for (i=0; i<10; i++){printf("%d.\n", b[i]);//直接打印，由于調用了printf函數，會建立相應的活動記錄，從而該變b的值} }int main(void) { f(); return 0; }

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2 堆

堆主要用于內存的動態申請和歸還。

2.1 程序中的堆

關于堆：

• 堆是程序中一塊預留的空間，可由程序自由使用。
• 堆中被程序申請使用的內存在被主動釋放前將一直有效。

為什么有了棧還需要堆？
棧上的數據在函數返回后就會被釋放掉，無法傳遞到函數外部，如：局部數組。

C語言程序中通過庫函數的調用獲得堆空間

• 頭文件：malloc.h。
• malloc：以字節的方式動態申請內存。
• free：將堆空間歸還給系統。

2.2 系統對堆的管理方式

系統對堆空間的管理方式：

• 空閑鏈表法、位圖法、對象池法等等。
  

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3 靜態存儲區

靜態存儲區用于保存全局變量和靜態變量。

3.1 程序中的靜態存儲區

靜態存儲區的要點：

• 靜態存儲區隨著程序的運行而分配空間。
• 靜態存儲區的生命周期直到程序運行結束。
• 在程序的編譯期靜態存儲區的大小就已經確定。
• 靜態存儲區主要用于保存全局變量和靜態局部變量。
• 靜態存儲區的信息最終會保存到可執行程序中。

編程實驗:靜態存儲區的驗證

#include <stdio.h>int g_v = 1;static int g_vs = 2;void f() {static int g_vl = 3;printf("%p\n", &g_vl); }int main() {printf("%p\n", &g_v);printf("%p\n", &g_vs);f();//0x804a020 0x804a024 0x804a028return 0; }

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4 程序的內存布局

4.1 程序文件的一般布局

不同代碼在可執行程序中的對應關系：

4.2 文件布局在內存中的映射

映射如下：

各個段的作用：

• 堆棧段在程序運行后才正式存在，是程序運行的基礎；
• .bss段存放的是未初始化的全局變量和靜態變量；
• .data段保存的是已經初始化了的全局變量和靜態變量；
• .rodata段存放程序中的常量值，如字符串常量；
• .text段存放的是程序中的可執行代碼。

程序術語的對應關系

• 靜態存儲區通常指程序中的.bss和.data段。
• 只讀存儲區通常指程序中的.rodata段。
• 局部變量所占空間為棧上的空間。
• 動態空間為堆中的空間。
• 程序可執行代碼存放于.text段。

思考：面試中的小問題
同是全局變量和靜態變量，為什么初始化和未初始化的保存在不同的段中？ 從高效的角度進行思考。

4.3 程序和進程

程序與進程的不同：

• 程序是靜態的概念，表現形式為一個可執行文件。
• 進程是動態的概念，程序由操作系統加載后運行得到的。
• 每個程序可以對應多個進程。
• 每個進程只能對應一個程序。

思考：面試中的小問題
包含腳本代碼的文本文件是一種類型的可執行程序嗎？如果是，對應什么樣的進程呢？

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參考資料：

C語言進階剖析教程

總結

以上是生活随笔為你收集整理的栈、堆、静态存储区和程序的内存布局的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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