您可以捐助,支持我们的公益事业。

1元 10元 50元





认证码:  验证码,看不清楚?请点击刷新验证码 必填



  求知 文章 文库 Lib 视频 iProcess 课程 认证 咨询 工具 讲座 Modeler   Code  
会员   
 
   
 
     
   
 订阅
  捐助
C语言程序内存布局
 
作者: super_bert
    评价:  
 2019-12-2 
 
编辑推荐:
文章本次内容是栈(Stack)的概念,堆(Heap),动态链接库(Dynamic Libraries), Linux进程地址空间,Windows进程地址空间,希望对您有所帮助。
文章来自于csdn,由火龙果Delores编辑推荐。

一、几个概念

1.栈(Stack)

C语言通过栈来维护函数调用上下文,也就是说C中的函数、函数参数列表、局部变量、函数返回值都保存在栈内存中,在完成函数调用之后栈帧随即销毁,至于具体的压栈顺序和上下文维护工作由谁来完成,则取决于函数的调用方式(cdecl/stdcall/fastcall/pascal).

关于C函数调用约定,或者叫调用惯例(Calling Convention),以下表格中,个人认为出栈方应该叫做栈的维护方更确切,表格:

栈帧一般包括如下几方面内容:

①函数的参数列表和返回值(返回地址);

②临时变量:包括非静态局部变量和编译器自动生成的其他临时变量;

③保存的上下文:包括函数调用前后需保持不变的寄存器。

栈增长示意图

2.堆(Heap)

堆空间是需要程序自行申请的,简言之 在C语言程序中对空间由malloc函数族(malloc/alloc/calloc/realloc)申请,当然在C++中还有new关键字。堆空间由程序猿自行申请,也需由程序猿自行释放(此处,Javaer们笑看你们打脸)。malloc/free? new/delete分别对应申请和释放内存,new/delete是C++中的关键字,不是函数。

通常情况下比较好的做法是,free掉之后,立即将指针置为NULL,因为通常if语句只会去判断指针是否为NULL(0x00000000),堆空间(内存)在free掉之后,该指针并不会指向NULL,也就是说free掉的是内存而不是指针,如果程序之后又用到该指针,后果将是不可预知的。如果被置为NULL,则可以被if语句检测出来,防止自己给自己留坑,C中的坑已经够多的了。

glibc中的malloc函数是这样处理用户堆空间请求的:

①对于小于128KB的请求,在现有的堆空间里,按照分配算法为他分配一块空间并返回;

②对于大于128KB的请求,malloc内部会调用mmap()函数分配一块匿名空间,然后在这块匿名空间中为用户分配空间。

mmap函数的具体用法请参考Linux? manpage,Windows环境下是没有mmap函数的,malloc函数族应该是依赖于 VirtualAlloc()函数申请堆空间。

3.动态链接库(Dynamic Libraries)

Linux/Unix环境下应该是***.so之类的文件,Windows下则是DLL(Dynamic Linking Libraries)。

二、Linux进程地址空间

先上图,箭头代表stack和heap的增长方向,dynamic libraries在2.4和2.6以后的内核中装载位置不一样,分别为0x40000000,0xBFXXXXXX.

Linux采用了分页的内存管理机制。由于x86体系的分页机制是基于分段机制的,因此,为了使用分页机制,分段机制是无法避免的。为了降低复杂性,Linux内核将所有段的基址都设为0,段限长设为4G,只是在段类型和段访问权限上有所区分,并且Linux内核和所有进程共享1个GDT,不使用LDT(即系统中所有的段描述符都保存在同一个GDT中),这是为了应付CPU的分段机制所能做的最少工作。

Linux内存管理机制可以分为3个层次,从下而上依次为物理内存的管理、页表的管理、虚拟内存的管理。

三、Windows进程地址空间

相较Linux而言,Windows环境下的进程空间布局就显得"支离破碎",

各位看官么看完这图估计会有点奇怪,一开始我也奇怪,为啥会有那么多stack呢?上面有说到,栈用于维护函数调用上下文,一个进程中调用函数所需存储的参数/变量/返回值,哪用得了那么多栈内存。

造成需要这么多栈内存的原因如下,每个线程的栈空间都是独立的,而Windows程序一般都是多线程,很大一部分原因Windows的进程耗费资源太大,线程优化得比*nix要好得多。试想一下,若在一个进程中通过CreateThread创建了多个线程,然后每个线程的栈空间都是独立的,且可以通过CreateThread API的参数来指定(系统默认的每个线程栈大小为1M byte),所以一旦程序起起来,内存空间已经支离破碎了。

然而我们的应用程序得在这个支离破碎的内存空间中去malloc堆(heap)空间,VirtualAlloc().

malloc函数族在Windows环境下最终依赖于VirtualAlloc()函数实现,而VirtualAlloc()函数像操作系统申请的空间必须是页大小的整数倍,也就是说对于x86系统一次性申请的heap最少是4096个byte,OS就是这么定的。但是OS还提供了一个堆管理器,堆管理器每次向OS申请一大片heap空间,然后在申请到的空间里给应用程序进行malloc。

HeapCreate创建一个堆;

HeapAlloc从堆空间中申请内存;

HeapFree释放内存;

HeapDestroy销毁一个堆;

相当于咱们从冷库里一次性批发了一箱冰激凌放在家里,咱们想吃的时候就一个一个去冰箱拿,想吃几个就拿几个。

   
 评价: 差  订阅 捐助
相关文章

深度解析:清理烂代码
如何编写出拥抱变化的代码
重构-使代码更简洁优美
团队项目开发"编码规范"系列文章
相关文档

重构-改善既有代码的设计
软件重构v2
代码整洁之道
高质量编程规范
相关课程

基于HTML5客户端、Web端的应用开发
HTML 5+CSS 开发
嵌入式C高质量编程
C++高级编程