程序可执行文件的结构
一个程序的可执行文件在内存中的结果,从大的角度可以分为两个部分:只读部分和可读写部分。只读部分包括程序代码(.text)和程序中的常量(.rodata)。可读写部分(也就是变量)大致可以分成下面几个部分:
.data: 初始化了的全局变量和静态变量
.bss: 即 Block Started by Symbol, 未初始化的全局变量和静态变量(这个我感觉上课真的没讲过啊我去。。。)
.heap: 堆,使用 malloc, realloc, 和 free 函数控制的变量,堆在所有的线程,共享库,和动态加载的模块中被共享使用
.stack: 栈,函数调用时使用栈来保存函数现场,自动变量(即生命周期限制在某个 scope 的变量)也存放在栈中。
下面就各个分区具体解释一下:
data 和 bss 区:
这两个区经常放在一起说,因为他们都是用来存储全局变量和静态变量的,区别在于 data 区存放的是初始化过的, bss 区存放的是没有初始化过的,例如:
int val = 3;
char string[] = "Hello World";
这两个变量的值会一开始被存储在 .text 中(因为值是写在代码里面的),在程序启动时会拷贝到 .data 去区中。
而不初始化的话,像下面这样:
static int i;
这个变量就会被放在 bss 区中。
栈:
栈是用于存放本地变量,内部临时变量以及有关上下文的内存区域。程序在调用函数时,操作系统会自动通过压栈和弹栈完成保存函数现场等操作,不需要程序员手动干预。
栈是一块连续的内存区域,栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的。能从栈获得的空间较小。如果申请的空间超过栈的剩余空间时,例如递归深度过深,将提示stackoverflow。
栈是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。
堆
堆是用于存放除了栈里的东西之外所有其他东西的内存区域,当使用malloc和free时就是在操作堆中的内存。对于堆来说,释放工作由程序员控制,容易产生memory leak。
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。
对于堆来讲,频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。对于栈来讲,则不会存在这个问题,因为栈是先进后出的队列,永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出。
堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。栈有2种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。
计算机底层并没有对堆的支持,堆则是C/C++函数库提供的,同时由于上面提到的碎片问题,都会导致堆的效率比栈要低。