C语言 内存布局学习总结

前言

　　C语言的内存布局对于理解C语言类型的作用域和声明周期，以及C语言对操作系统资源的使用规则至关重要，因此，理解C语言的内存布局模型，有助于深入理解C语言编程思想，以及高屋建瓴的学习C++内存布局模型。
　　但实际上，C语言的内存布局，要比我们想象中的复杂，根据不同的阶段有不同的分布，但作为一个程序员，我们仅关心在C语言编译和运行时内存的分布和管理，对于更底层的知识点，暂且不做梳理（其实更重要）。
　　本文是对C语言内存布局的学习总结，C++的对象内存模型会有所不同，但是对于内置数据类型，C和C++是完全一样的。看了许多大神的帖子（参考链接中已列出），写的都很不错，我做了一下归纳和总结，可能会有不严谨的地方，还请各位大佬不吝赐教。

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C语言内存布局

　　我们知道，C语言从源代码到可执行程序，大约需要编译->汇编->链接三个阶段。按照这个阶段划分，C语言的内存管理，可以分为静态区域和动态区域。

静态区域

　　全局变量和静态变量的存储是放一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域（读写数据段），未初始化的全局变量和静态变量在另一段（BSS段），程序结束后由系统释放。

• 代码段
  　　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。
• 数据段
  　　分为只读数据段（RO data，即常量区）和读写数据段（RW data），其中RO区域用于存放不会更改的数据，比如字符串常量，而RW区域存放程序中已初始化的数据。数据段属于静态内存分配。
• 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。

动态区域

　　堆和栈只在运行时出现，因此，我们可以称之为内存的动态区域。

• 堆区（heap）
  　　堆内存只在运行时出现。一般由程序员分配和释放，比如malloc/free函数动态分配和回收内存。如果程序没有释放，则有操作系统来回收，内存分配的结构类似于一个链表。
• 栈区（stack）
  　　栈内存只在程序运行时出现，一般由编译器自动分配和控制，比如说局部变量、函数参数以及返回值使用的栈空间等。

总结

　　代码段、数据段、BSS段在程序链接后立即产生，存在于程序的可自行文件中，属于静态区域，但是未初始化数据在程序初始化阶段开辟，放在BSS段中。堆和栈在程序运行期间进行动态的分配和释放，是一种动态过程，因此属于动态区域。

　　一个可执行程序分为映像和运行两种状态——
　　在编译链接后的映像中，将只包含代码段、数据段（包括RO和RW段）；
　　在程序运行之前，会有个加载过程，该过程为未初始化的全局变量和静态变量分配内存，生成BSS段；
　　而在程序开始运行之后，根据程序需要，自动的进行内存分配和回收，都发生在堆栈上。
　　在操作系统中，程序的运行依赖进程，本质上讲，C语言的内存分布模型，底层上，其实还是进程对内存资源的管理，或者说是操作系统对于进程资源调度和分配的策略。
　　因此，程序中的几个段，在最终的运行阶段，转化为进程内存管理的几个区，在进程的内存管理中，从低地址向高地址，依次是只读区（和上文的RO data不同）、读写区、未初始化代码段、堆和栈。其中只读区包含代码段（code）和只读数据段（RO data）。
　　在映像文件中，将包含代码段（Code）、只读数据段（RO data）和数据读写段（RW data），未初始化的数据段（BSS）在程序初始化时加载开辟，堆和栈在程序运行期间动态开辟，其中，堆和栈一般是相向扩展的。

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参考链接

[1].C和C++内存模型 http://www.cnblogs.com/zhangsf/p/3835033.html
[2].C语言的代码内存布局具体解释　https://www.cnblogs.com/mfmdaoyou/p/6792665.html
[3]. (深入理解计算机系统) bss段，data段、text段、堆(heap)和栈(stack) https://www.cnblogs.com/yanghong-hnu/p/4705755.html