C基础学习笔记——01-C基础第10天（内存结构）

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01-C基础第10天（内存结构）

目录：
1、作用域
2、内存布局 1）内存分区 2）存储类型总结 3）存储类型总结内存操作函数  4）堆区内存分配和释放
3、内存分区代码分析(在Linux下测试)

1、作用域

类型	作用域	生命周期
auto变量	一对{}内	当前函数
static局部变量	一对{}内	整个程序运行期
extern变量	整个程序	整个程序运行期
static全局变量	当前文件	整个程序运行期
extern函数	整个程序	整个程序运行期
static函数	当前文件	整个程序运行期
register变量	一对{}内	当前函数

2、内存布局

1）内存分区

C代码经过预处理、编译、汇编、链接4步后生成一个可执行程序。
在 Linux 下，程序是一个普通的可执行文件，以下列出一个二进制可执行文件的基本情况：

 通过上图可以得知，在没有运行程序前，也就是说程序没有加载到内存前，可执行程序内部已经分好3段信息，分别为代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）3 个部分（有些人直接把data和bss合起来叫做静态区或全局区）。

（1）代码区
存放 CPU 执行的机器指令。通常代码区是可共享的（即另外的执行程序可以调用它），使其可共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可。代码区通常是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外，代码区还规划了局部变量的相关信息。

（2）全局初始化数据区/静态数据区（data段）
该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量、已经初始化的静态变量（包括全局静态变量和局部静态变量）和常量数据（如字符串常量）。

（3）未初始化数据区（又叫 bss 区）
存入的是全局未初始化变量和未初始化静态变量。未初始化数据区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为 0 或者空（NULL）。

程序在加载到内存前，代码区和全局区(data和bss)的大小就是固定的，程序运行期间不能改变。然后，运行可执行程序，系统把程序加载到内存，除了根据可执行程序的信息分出代码区（text）、数据区（data）和未初始化数据区（bss）之外，还额外增加了栈区、堆区。

（1）代码区（text segment）
加载的是可执行文件代码段，所有的可执行代码都加载到代码区，这块内存是不可以在运行期间修改的。

（2）未初始化数据区（BSS）
加载的是可执行文件BSS段，位置可以分开亦可以紧靠数据段，存储于数据段的数据（全局未初始化，静态未初始化数据）的生存周期为整个程序运行过程。

（3）全局初始化数据区/静态数据区（data segment）
加载的是可执行文件数据段，存储于数据段（全局初始化，静态初始化数据，文字常量(只读)）的数据的生存周期为整个程序运行过程。

（4）栈区（stack）
栈是一种先进后出的内存结构，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、返回值、局部变量等。在程序运行过程中实时加载和释放，因此，局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。

（5）堆区（heap）
堆是一个大容器，它的容量要远远大于栈，但没有栈那样先进后出的顺序。用于动态内存分配。堆在内存中位于BSS区和栈区之间。一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收。

2）存储类型总结

类型	作用域	生命周期	存储位置
auto变量	一对{}内	当前函数	栈区
static局部变量	一对{}内	整个程序运行期	初始化在data段，未初始化在BSS段
extern变量	整个程序	整个程序运行期	初始化在data段，未初始化在BSS段
static全局变量	当前文件	整个程序运行期	初始化在data段，未初始化在BSS段
extern函数	整个程序	整个程序运行期	代码区
static函数	当前文件	整个程序运行期	代码区
register变量	一对{}内	当前函数	运行时存储在CPU寄存器
字符串常量	当前文件	整个程序运行期	data段

3）存储类型总结内存操作函数

memset()

#include <string.h>
void *memset(void *s, int c, size_t n);
功能：将s的内存区域的前n个字节以参数c填入
参数：
    s：需要操作内存s的首地址
    c：填充的字符，c虽然参数为int，但必须是unsigned char , 范围为0~255
    n：指定需要设置的大小
返回值：s的首地址

memcpy()

#include <string.h>
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
功能：拷贝src所指的内存内容的前n个字节到dest所值的内存地址上。
参数：
    dest：目的内存首地址
    src：源内存首地址，注意：dest和src所指的内存空间不可重叠
    n：需要拷贝的字节数
返回值：dest的首地址

memmove()

memmove()功能用法和memcpy()一样，区别在于：dest和src所指的内存空间重叠时，memmove()仍然能处理，不过执行效率比memcpy()低些。

memcmp()

#include <string.h>
int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n);
功能：比较s1和s2所指向内存区域的前n个字节
参数：
    s1：内存首地址1
    s2：内存首地址2
    n：需比较的前n个字节
返回值：
    相等：=0
    大于：>0
    小于：<0

 4）堆区内存分配和释放

 malloc()

#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
功能：在内存的动态存储区(堆区)中分配一块长度为size字节的连续区域，用来存放类型说明符指定的类型。分配的内存空间内容不确定，一般使用memset初始化。
参数：
    size：需要分配内存大小(单位：字节)
返回值：
成功：分配空间的起始地址
失败：NULL

free()

#include <stdlib.h>
void free(void *ptr);
功能：释放ptr所指向的一块内存空间，ptr是一个任意类型的指针变量，指向被释放区域的首地址。对同一内存空间多次释放会出错。
参数：
ptr：需要释放空间的首地址，被释放区应是由malloc函数所分配的区域。
返回值：无

3、内存分区代码分析(在Linux下测试)

 练习：返回堆区地址

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int *fun()
{
    int *tmp = NULL;
    tmp = (int *)malloc(sizeof(int));
    *tmp = 100;
    return tmp;//返回堆区地址，函数调用完毕，不释放
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int *p = NULL;
    p = fun();
    printf("*p = %d
", *p);//ok

    //堆区空间，使用完毕，手动释放
    if (p != NULL)
    {
        free(p);
        p = NULL;
    }

    return 0;
}

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