C語言數(shù)據(jù)存儲大揭秘
發(fā)布時間：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候分配，在不需要的時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，由我們的應用程序去控制，一般一個new就要對應一個delete。如果程序員沒有釋放掉，那么在程序結束后，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（當然，你要通過非正當手段也可以修改，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，然后計算給函數(shù)的形參和臨時變量在棧里分配空間，拷貝實參的副本傳給形參，然后進行壓棧操作，函數(shù)執(zhí)行完再進行彈棧操作。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制機器代碼，連接過程則將各個源文件生成的二進制機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。在程序運行時又會產(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)行的機器代碼組成。在C語言中，程序語句執(zhí)行編譯后，形成機器代碼。在執(zhí)行程序的過程中，CPU的程序計數(shù)器指向代碼段的每一條機器代碼，并由處理器依次運行。
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，以供程序運行時讀寫。
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)存只在程序運行時出現(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(例如一個進程)結束后會后內(nèi)存。
6）棧（statck）
堆內(nèi)存只在程序運行時出現(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?？臻g，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候開辟，而對堆和棧將在程序餓運行中分配和釋放。
4、C語言程序分為映像和運行時兩種狀態(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）。在程序運行之前，將動態(tài)生成未初始化數(shù)據(jù)段(BSS)，在程序的運行時還將動態(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)，而在運行時的各個部分稱之為段(Segment)。如果不詳細區(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)。在運行時，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代碼將包含源程序所需要表達的所有信息和功能。目標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制機器代碼
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，該部分數(shù)據(jù)的特點在運行中不需要改變，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，該部分數(shù)據(jù)的特點是在運行中不需要改變，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個字符和表示結束符的‘0’）。在這種用法中，實際后面的字節(jié)米有初始化，但是在程序中也不能寫，實際上沒有任何用處。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。這部分數(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。
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。因此它只會在目標文件中被標識，而不會真正稱為目標文件中的一個段，該段將會在運行時產(chǎn)生。未初始化數(shù)據(jù)段只有在運行的初始化階段才會產(chǎn)生，因此它的大小不會影響目標文件的大小。
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：
