C/C++：内存分配，详解内存分布（P：图解及代码示例）

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首先这里有一个计算机分配内存的概念.

如下:

• 当内存开辟空间时, 内存的分配是从高位到低位
• 当往内存存储数据时, 是从低位往高位存储

注意:一般情况下内存都是连续开辟.

一次性开辟了4个空间 a1,b2,c2,d2 输出他们的地址看一下.

int main(){
    int a1 = 5, b2 = 10, c2 = 15, d2 = 20;
    printf("a1......%p\n",&a1);
    printf("b2......%p\n",&b2);
    printf("c2......%p\n",&c2);
    printf("d2......%p\n",&d2);
    int * p3 = &b2;
    printf("p3......%d\n",*p3);//输出 本身指向的值
    printf("p3......%d\n",*(p3+1));//指向 a1
    printf("p3......%d\n",*(p3-1));//指向 c2
    return 0;
}

代码生成图：

内存分布

我们先来看下面的一段代码和相关问题

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
    static int staticVar = 1;
    int localVar = 1;
    int num1[10] = {1, 2, 3, 4};
    char char2[] = "abcd";
    char* pChar3 = "abcd";
    int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof (int)*4);
    int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
    int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int)*4);
    free (ptr1);
    free (ptr3);
}
1. 选择题:
选项: A.栈 B.堆 C.数据段 D.代码段 
globalVar在哪里?____ staticGlobalVar在哪里?____ 
staticVar在哪里?____ localVar在哪里?____
num1 在哪里?____char2在哪里?____ 
pChar3在哪里?____ ptr1在哪里?____
2. 填空题:
sizeof(num1) = ____; 40
*char2在哪里?___ *pChar3在哪里?____ *ptr1在哪里?____
sizeof(char2) = ____; 5     strlen(char2) = ____; 4
sizeof(pChar3) = ____; 4    strlen(pChar3) = ____; 4
sizeof(ptr1) = ____; 4

内存分布图解

内核空间是在高地址

代码段在低地址

内存分布说明

1. 内核空间： 放置操作系统相关的代码和数据。（用户不能直接进行操作 ------ 可以通过调用系统提供的 api 函数）
2. 栈又叫堆栈，非静态局部变量/函数参数/返回值等等，栈是向下增长的。
3. 内存映射段是高效的I/O映射方式，用于装载一个共享的 动态内存库。用户可使用系统接口创建共享共享内存，做进程间通信。
4. 堆用于程序运行时动态内存分配，堆是可以上增长的。
5. 数据段–存储全局数据和静态数据。
6. 代码段–可执行的代码/只读常量。

常见的内存分布图

1、

内存区域：栈、堆、全局区、常量区、代码区

• 栈：系统自动分配的空间，只要不特殊声明，就定义在栈区，函数的区域也在栈上。栈是向下增长的。（const 在栈里）
• 堆：使用动态内存分配的方式可以申请堆空间，用完要手动释放。
• 全局区：全局变量、静态变量（static）
• 常量区：代码中的数字，字符等常量，例如’a’，—1.2等
• 代码区：存放可执行代码，避免频繁的读硬盘。

2、

• Data:数据段，要放在可执行文件中的数据，包括堆、栈、以初始化的全局变量
• Bss: 未初始化的全局变量，不占用可执行文件的大小
• Text: 只读区域，包括常量区和代码区

习题

1. 代码生成阶段的主要任务是：

A. 把高级语言翻译成机器语言
B. 把高级语言翻译成汇编语言
C. 把中间代码变换成依赖具体机器的目标代码
D. 把汇编语言翻译成机器语言

正确答案：

C

答案解析

源代码－－>预处理－－>编译－－>优化－－>汇编－－>链接–>可执行文件

汇编阶段把汇编语言代码/中间代码翻译成目标机器指令。

对于被翻译系统处理的每一个C语言源程序，都将最终经过这一处理而得到相应的目标文件。（代码生成阶段）
代码生成阶段的主要任务是把中间代码（或经优化处理之后）变换成特定机器上的低级语言代码，它的工作有赖于硬件系统结构和机器指令含义。选项C正确。

2. 假设在一个 32 位 little endian 的机器上运行下面的程序，结果是多少？

#include 

int main(){
  long long a = 1, b = 2, c = 3; 
  printf("%d %d %d\n", a, b, c);  
 return 0;
}

A. 1,2,3
B. 1,0,2
C. 1,3,2
D. 3,2,1

正确答案

B

答案解析

注：

1. printf()是一个库函数，C，C++中函数的参数是从右往左入栈的；从左往右出栈

2. 栈的生长方向是从高往低的

3. 小端模式是低位存储在低字节

4. %d格式输出的是4个字节大小，而long long为8个字节

所以，a=1,b=0,c=2

3. 如下代码输出结果是什么？

#include
char *myString()
{
    char buffer[6] = {0};
    char *s = "Hello World!";
    for (int i = 0; i < sizeof(buffer) - 1; i++)
    {
        buffer[i] = *(s + i);
    }
    return buffer;
}
int main(int argc, char **argv)
{
    printf("%s\n", myString());
    return 0;
}

A. Hello
B. Hello World!
C. Well
D. 以上全部不正确

正确答案: D

答案解析

• 函数char *myString()中没有使用new或者malloc分配内存，所有buffer数组的内存区域在栈区
• 随着char *myString()的结束，栈区内存释放，字符数组也就不存在了，所以会产生野指针，输出结果未知