本文主要是介绍C语言09--进程的内存镜像，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
C进程内存布局
任何一个程序，正常运行都需要内存资源，用来存放诸如变量、常量、函数代码等等。这些不同的内容，所存储的内存区域是不同的，且不同的区域有不同的特性。因此我们需要研究C语言的内存布局，逐个了解不同内存区域的特性。
每个C语言进程都拥有一片结构相同的虚拟内存，所谓的虚拟内存，就是从实际物理内存映射出来的地址规范范围，最重要的特征是所有的虚拟内存布局都是相同的，极大地方便内核管理不同的进程。例如三个完全不相干的进程p1、p2、p3，它们很显然会占据不同区段的物理内存，但经过系统的变换和映射，它们的虚拟内存的布局是完全一样的。
- PM：Physical Memory，物理内存。
- VM：Virtual Memory，虚拟内存。
将其中一个C语言含如进程的虚拟内存放大来看，会发现其内部包下区域：
- 栈（stack）
- 堆（heap）
- 数据段
- 代码段
虚拟内存中，内核区段对于应用程序而言是禁闭的，它们用于存放操作系统的关键性代码，另外由于 Linux 系统的历史性原因，在虚拟内存的最底端 0x0 ~ 0x08048000 之间也有一段禁闭的区段，该区段也是不可访问的。
虚拟内存中各个区段的详细内容:
栈内存
- 什么东西存储在栈内存中？
- 环境变量 , 使用命令env获得的所有东西都成为环境变量
- 命令行参数 比如运行程序时所携带的参数： ./a.out hello Even GZ2497
- 局部变量（包括形参）， 在函数体内定义的所有变量
- 由高地址向低地址增长
- 栈内存有什么特点？
- 空间有限，尤其在嵌入式环境下。因此不可以用来存储尺寸太大的变量。.
ulimit -a
real-time non-blocking time (microseconds, -R) unlimited
core file size (blocks, -c) 0
data seg size (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority (-e) 0
file size (blocks, -f) unlimited
pending signals (-i) 7823
max locked memory (kbytes, -l) 64
max memory size (kbytes, -m) unlimited
open files (-n) 65536
pipe size (512 bytes, -p) 8
POSIX message queues (bytes, -q) 819200
real-time priority (-r) 0
【默认栈大小】stack size (kbytes, -s) 8192 = 8M
cpu time (seconds, -t) unlimited
max user processes (-u) 7823
virtual memory (kbytes, -v) unlimited
file locks (-x) unlimited-
- 每当一个函数被调用，栈就会向下增长一段（从高地址-》低地址），用以存储该函数的局部变量。
- 每当一个函数退出，栈就会向上缩减一段，将该函数的局部变量所占内存归还给系统。
- 注意：
- 栈内存的分配和释放，都是由系统规定(自动完成)的，我们无法干预。
- 示例代码：
void func(int a, int *p) // 在函数 func 的栈内存中分配
{double f1, f2; // 在函数 func 的栈内存中分配... // 退出函数 func 时，系统的栈向上缩减，释放内存
}int main(void)
{int m = 100; // 在函数 main 的栈内存中分配func(m, &m); // 调用func时，系统的栈内存向下增长
}静态数据
C语言中，静态数据指得是数据的生命周期是固定（内存一旦被分配出来就不会被释放，直到程序退出），静态数据有两种：
- 全局变量：定义在函数外部的变量。
- 静态局部变量：定义在函数内部，且被static修饰的变量。
- 示例：
int a; // 全局变量，退出整个程序之前不会释放
void f(void)
{static int b; // 静态局部变量，退出整个程序之前不会释放printf("%d\n", b);b++;
}int main(void)
{f();f(); // 重复调用函数 f()，会使静态局部变量 b 的值不断增大
}
- 为什么需要静态数据？
- 全局变量在默认的情况下，对所有文件可见（全局可见），为某些需要在各个不同文件和函数间访问的数据提供操作上的方便。
- 当我们希望一个函数退出后依然能保留局部变量的值，以便于下次调用时还能用时，静态局部变量可帮助实现这样的功能。
- 注意1：
- 若定义时未初始化，则系统会将所有的静态数据自动初始化为0
- 静态数据初始化语句，只会执行一遍。
- 静态数据从程序开始运行时便已存在，直到程序退出时才释放。
- 注意2：
- static修饰局部变量：使之由栈内存临时数据，变成了静态数据（存储与数据段）。
- static修饰全局变量：使之由各文件可见的静态数据，变成了本文件可见（缩小可见范围、降低同名冲突的概率）的静态数据。
- static修饰函数：使之由各文件可见的函数，变成了本文件可见（缩小可见范围、降低同名冲突的概率）的静态函数。
数据段与代码段
- 数据段细分成如下几个区域：
- .bss 段：存放未初始化的静态数据，它们将被系统自动初始化为0
- .data段：存放已初始化的静态数据
- .rodata段：存放常量数据
- 代码段细分成如下几个区域：
- .text段：存放用户代码
- .init段：存放系统初始化代码（编译器根据具体运行环境自动添加）
int a; // 未初始化的全局变量，放置在.bss 中
int b = 100; // 已初始化的全局变量，放置在.data 中int main(void)
{static int c; // 未初始化的静态局部变量，放置在.bss 中static int d = 200; // 已初始化的静态局部变量，放置在.data 中// 以上代码中的常量100、200防止在.rodata 中
}
注意：数据段和代码段内存的分配和释放，都是由系统规定的，我们无法干预。
堆内存
堆内存（heap）又被称为动态内存、自由内存，简称堆。堆是唯一可被开发者自定义的区段，开发者可以根据需要申请内存的大小、决定使用的时间长短等。但又由于这是一块系统“非地”，所有的细节均由开发者自己把握，系统不对此做任何干预，给予开发者绝对的“自由”，但也正因如此，对开发者的内存管理提出了很高的要求（内存泄漏）。对堆内存的合理使用，几乎是软件开发中的一个永恒的话题。
- 堆内存基本特征：
- 相比栈内存，堆的总大小仅受限于物理内存，在物理内存允许的范围内，系统对堆内存的申请不做限制。
- 相比栈内存，堆内存从下往上（低地址-》高地址）增长。
- 堆内存是匿名的，只能由指针来访问。
- 自定义分配的堆内存，除非开发者主动释放，否则永不释放，直到程序退出。
- 相关API：
- 申请堆内存：malloc() / calloc() / realloc() / reallocarray()
- 清零堆内存：bzero() / memset()
- 释放堆内存：free()
申请API接口分析：
#include <stdlib.h>void * malloc (size_t size);
参数：size --> 需要申请的堆内存的大小
返回值：成功：返回申请到的内存的入口地址失败：返回NULL
注意：通过该函数申请得到的内存没有被初始化，因此他的值是未知。void *calloc (size_t nmemb, size_t size);参数分析：nmemb --> 需要申请的内存的块数量size --> 需要申请的内存块的大小
注意：通过该函数申请得到的内存有被初始化,因此他的值都是0 。void *realloc (void *ptr, size_t size);参数分析：ptr -- > 原本的内存的入口地址size --> 期望的新空间的大小返回值：成功 返回新的内存入口地址
注意：1. 该函数会重新设置内存区的大小新内存大于旧内存：新内存与旧内存入口地址一致：原地拓展，新的内存区不会被清空新内存与旧内存入口地址不一致：realloc 函数会把旧地址中的数据拷贝到新的区域中，旧的内存会被释放掉 新内存小于旧内存：只是把内存的大小进行调整，数据依然保持不变void *reallocarray(void *ptr, size_t nmemb, size_t size);释放内存空间：
void free(void *ptr);参数分析：ptr --> 需要释放的内存的【入口】地址返回值：无- 注意：
- malloc()申请的堆内存，默认情况下是随机值，一般需要用 bzero() 来清零。
- calloc()申请的堆内存，默认情况下是已经清零了的，不需要再清零。
- free()只能释放堆内存，并且只能释放整块堆内存，不能释放别的区段的内存或者释放一部分堆内存。
- 释放内存的含义：
- 释放内存意味着将内存的使用权归还给系统。
- 释放内存并不会改变指针的指向（指针依然会指向这个被释放的内存，因此指针成为了野指针，需要手动让他指向NULL）。
- 释放内存并不会对内存做任何修改，更不会将内存清零。
free（）的本质是释放p所指向的内存，即：将p指向的内存的使用权归还给了系统。还给系统之后，系统不一定会立即使用它，因此在 free 之后再次使用这块内存，很有可能不会触发错误，这就像刚刚在酒店退了房，又偷偷返回房间，很可能不会酒店还没来得及将房间出租给其他人，因此不会发生问题，但这终归是一种错误。这样的代码是有严重安全隐患的
如何清理内存：
#include <strings.h>void bzero(void *s, size_t n);
参数分析：s --> 需要清零的内存地址n --> 需要清理的内存区大小（字节为单位）
返回值：无#include <string.h>void *memset(void *s, int c, size_t n);
参数：s --> 需要设置的内存c --> 需要设置的值n --> 需要设置的内存区大小
返回值：返回一个指向s的指针
注意：该函数会按【一个字节的单位】进行设置内存中的数据// 以下代码是往msg的内存中写入128个97
memset( msg , 97 , 128 );
拓展：
在Ubuntu的环境中如何检测代码中是否存在内存泄漏问题：
-
- 安装内存检测工具 valgrind
sudo apt install valgrind-
- 如何使用: 使用valgrind 来间接运行我们自己的程序
valgrind ./a.out
这篇关于C语言09--进程的内存镜像的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
