根据APUE,程序分为下面的段:.text, data (initialized), bss, stack, heap。
data/bss/text:
text段在内存中被映射为只读,但.data和.bss是可写的。
bss是英文Block Started by Symbol的简称,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,在程序载入时由内核清0。BSS段属于静态内存分配。它的初始值也是由用户自己定义的连接定位文件所确定,用户应该将它定义在可读写的RAM区内,源程序中使用malloc分配的内存就是这一块,它不是根据data大小确定,主要由程序中同时分配内存最大值所确定,不过如果超出了范围,也就是分配失败,可以等空间释放之后再分配。
text段是程序代码段,在AT91库中是表示程序段的大小,它是由编译器在编译连接时自动计算的,当你在链接定位文件中将该符号放置在代码段后,那么该符号表示的值就是代码段大小,编译连接时,该符号所代表的值会自动代入到源程序中。
data包含静态初始化的数据,所以有初值的全局变量和static变量在data区。段的起始位置也是由连接定位文件所确定,大小在编译连接时自动分配,它和你的程序大小没有关系,但和程序使用到的全局变量,常量数量相关。
stack/heap:
栈(stack)保存函数的局部变量和参数。是一种“后进先出”(Last In First Out,LIFO)的数据结构,这意味着最后放到栈上的数据,将会是第一个从栈上移走的数据。对于哪些暂时存贮的信息,和不需要长时间保存的信息来说,LIFO这种数据结构非常理想。在调用函数或过程后,系统通常会清除栈上保存的局部变量、函数调用信息及其它的信息。栈另外一个重要的特征是,它的地址空间“向下减少”,即当栈上保存的数据越多,栈的地址就越低。栈(stack)的顶部在可读写的RAM区的最后。
堆(heap)保存函数内部动态分配内存,是另外一种用来保存程序信息的数据结构,更准确的说是保存程序的动态变量。堆是“先进先出”(First In first Out,FIFO)数据结构。它只允许在堆的一端插入数据,在另一端移走数据。堆的地址空间“向上增加”,即当堆上保存的数据越多,堆的地址就越高。
一个程序的3个基本段:text段,data段,bss段。
text段在内存中被映射为只读,但.data和.bss是可写的。
text段:就是
放程序代码的,编译时确定,只读;
data段:存放在编译阶段(而非运行时)就能确定的数据,可读可写。也就是通常所说的静态存储区,赋了
初值的全局变量和
赋初值的静态变量存放在这个区域,
常量也存放在这个区域;
bss段:定义而
没有赋初值的全局变量和静态变量,放在这个区域;
一、程序的内存分配
一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
1、
栈区(stack)— 由编译器自动分配释放 ,存放
函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、
堆区(heap) — 一般由
程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事,
分配方式倒是类似于链表,呵呵。
3、
全局区(静态区)(static)—,
全局变量和静态变量的存储是放在一块的,
初始化的全局变量和静态变量在一块区域(
.data段),未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域(
.bss段)。 - 程序结束后有系统释放。
注:在采用段式内存管理的架构中(比如intel的80x86系统),.
bss段(Block Started by Symbol segment)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,一般在初始化时bss段部分将会清零。bss段属于静态内存分配,即程序一开始就将其清零了。
在C语言之类的程序编译完成之后,已初始化的全局变量保存在.data 段中。
4、
文字常量区—
常量字符串就是放在这里的。
程序结束后由系统释放
5、
程序代码区—存放函数体的二进制代码。
二、例子程序
//main.c
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; 栈
char s[] = "abc"; 栈
char *p2; 栈
char *p3 = "123456"; 123456/0在常量区,p3在栈上。
static int c =0; 全局(静态)初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);//分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); 123456/0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}
二、堆和栈的理论知识
2.1申请方式
stack:
由系统自动分配。 例如,声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
需要程序员自己申请,并指明大小,在c中malloc函数
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new运算符
如p2 = (char *)malloc(10);
但是注意p1、p2本身是在栈中的。
2.2
申请后系统的响应栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。
堆:首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。
2.3
申请大小的限制栈:在Windows下,栈是
向低地址扩展的数据结构,是一块
连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在 WINDOWS下,
栈的大小是
2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,
能从栈获得的空间较小。
堆:堆是
向高地址扩展的数据结构,是
不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,
堆获得的空间比较灵活,也比较大。
2.4申请效率的比较:
栈:由
系统自动分配,
速度较快。但程序员是无法控制的。
堆:是由new分配的内存,
一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.
另外,
在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,
他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来最不方便。但是速度快,也最灵活
2.5堆和栈中的存储内容
栈:在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意
静态变量是不入栈的。
当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。
堆:一般是在
堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。
2.6存取效率的比较
char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的;
但是,在以后的存取中,在栈上的
数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
比如:
#include
void main()
{
char a = 1; char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码
10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中,而第二种则要先把指针值读到edx中,在根据edx读取字符,显然慢了。
小结:
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出:
使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是自由度小。
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度大。