c/c++的内存布局

        说明一点：这仅是从抽象的语言层次上的谈论，只是一种建议标准，所以在具体编程实践时，具体布局还要看编译器本身。

       先认识一下源文件到可执行文件的标准过程：

       源文件经过以下几步生成可执行文件：

• 1、预处理（preprocessor）：对#include、#define、#ifdef/#endif、#ifndef/#endif等进行处理
• 2、编译（compiler）：将源码编译为汇编代码
• 3、汇编（assembler）：将汇编代码汇编为目标代码
• 4、链接（linker）：将目标代码链接为可执行文件

     编译器和汇编器创建的目标文件包含：二进制代码（指令）、源码中的数据；链接器将多个目标文件链接成一个；装载器吧目标文件加载到内存。

图1 源文件到可执行文件的步骤

 

       可执行程序组成及内存布局

       典型的可执行文件分为两部分：

• 代码段（Code），由机器指令组成，该部分是不可改的，编译之后就不再改变，放置在文本段（.text）。
• 数据段（Data），它由以下几部分组：     
  • 常量（constant），通常放置在只读read-only的文本段（.text）
  • 静态数据（static data），初始化的放置在数据段（.data）；未初始化的放置在（.bss，Block Started by Symbol，BSS段的变量只有名称和大小却没有值）
  • 动态数据（dynamic data），这些数据存储在堆（heap）或栈（stack）

源程序编译后链接到一个以0地址为始地址的线性或多维虚拟地址空间。而且每个进程都拥有这样一个空间，每个指令和数据都在这个虚拟地址空间拥有确定的地址，把这个地址称为虚拟地址（Virtual Address）。将进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器（Virtual Memory）。典型的虚拟存储器中有类似的布局：

• Text Segment (.text)
• Initialized Data Segment (.data)
• Uninitialized Data Segment (.bss)
• The Stack
• The Heap

如下图所示：

图2 进程内存布局

当进程被创建时，内核为其提供一块物理内存，将虚拟内存映射到物理内存，这些都是由操作系统来做的。

          那么一个变量，到底放在哪个地方

          这与变量的具体类型有关，实际上一个变量在内存中的一个位置，解析这个变量时，依赖于这个变量的2个属性：存储类型和数据类型

存储类别决定变量在内存中的生命周期与存放区域。

数据类型决定变量值的意义，在内存中占多大空间。

          C/C++中由（auto、 extern、 register、 static）存储类别和变量声明的上下文决定它的存储类别。数据类型都知道，忽略不谈

1、自动变量

auto和register将声明的变量指定为自动存储类别。他们的作用域是局部的，诸如一个函数内，一个代码块{***}内等。操作了作用域，变量会被销毁。

• 在一个代码块中声明一个变量，如果没有执行auto，那么默认是自动存储类别。
• 声明为register的变量是自动存储类别，存储在计算机的快速寄存器中。不可以对register变量做取值操作“&”。

2、静态变量

静态变量可以局部的，也可以是全局的。静态变量一直保持它的值，例如进入一个函数，函数中的静态变量仍保持上次调用时的值。包含静态变量的函数不是线程安全的、不可重入的，正是因为它具有“记忆”功能。

• 局部变量声明为静态之后，将改变它在内存中保存的位置，由动态数据--->静态数据，即从堆或栈变为数据段或bbs段。
• 全局变量声明为静态之后，而不会改变它在内存中保存的位置，仍然是在数据段或bbs段。但是static将改变它的作用域，即该变量仅在本源文件有效。此相反的关键字是extern，使用extern修饰或者什么都不带的全局变量的作用域是整个程序。