/proc/maps

浅谈C内存分配

很早之前写的了，现在发到C版来。

关于C语言内存方面的话题要真说起来的话那恐怕就没头了，所以本文仅仅是一个浅谈。
关于内存问题不同平台之间有一定的区别。本文所指的平台是x86的Linux平台
用C语言做程序（其实其他语言也一样），不仅要熟悉语法，其实很多相关的背景知识也很重要。在学习和研究C语言中内存分配的问题前，首先要了解一下Linux分配给进程（运行中的程序）的地址空间是什么样的。
总的来说有3个段，即代码段，数据段和堆栈段（学过汇编的朋友一定很熟悉了）。代码段就是存储程序文本的，所以有时候也叫做文本段，指令指针中的指令就是从这里取得。这个段一般是可以被共享的，比如你在Linux开了2个Vi来编辑文本，那么一般来说这两个Vi是共享一个代码段的，但是数据段不同（这点有点类似C++中类的不同对象共享相同成员函数）。数据段是存储数据用的，还可以分成初始化为非零的数据区，BSS，和堆(Heap)三个区域。初始化非零数据区域一般存放静态非零数据和全局的非零数据。BSS是Block Started by Symbol的缩写，原本是汇编语言中的术语。该区域主要存放未初始化的全局数据和静态数据。还有就是堆了，这个区域是给动态分配内存是使用的，也就是用 malloc等函数分配的内存就是在这个区域里的。它的地址是向上增长的。最后一个堆栈段（注意，堆栈是Stack,堆是Heap，不是同一个东西），堆栈可太重要了，这里存放着局部变量和函数参数等数据。例如递归算法就是靠栈实现的。栈的地址是向下增长的。具体如下：
========高地址     =======
程序栈             堆栈段
         向下增长
“空洞”           =======
         向上增长
堆
------             数据段
BSS
------
非零数据
=========低地址    =======
=========          =======
代码               代码段
=========          =======
需要注意的是，代码段和数据段之间有明确的分隔，但是数据段和堆栈段之间没有，而且栈是向下增长，堆是向上增长的，因此理论上来说堆和栈会“增长到一起”，但是操作系统会防止这样的错误发生，所以不用过分担心。
有了以上理论做铺垫，下面就说动态内存的分配。上面说了，动态内存空间是在堆中分配的。实现动态分配的也就是下面几个函数：
stdlib.h ：
void *malloc(size_t size);
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);
void *realloc(void *ptr, size_t size);
void free(void *ptr);
一个一个说吧。malloc就是分配一个size大小的内存空间，并且用一个void类型的指针指向这个空间，然后返回这个指针。也就是说，malloc返回了一个指向size大小的空间的void类型的指针，如果要使用这个空间，还得把void*类型转换成一个你需要的类型，比如int*之类。 calloc和malloc基本一样，不同的是有两点，一是calloc分配的空间大小是由nmemb*size决定的，也就是说nmemb是条目个数，而size可以看成是条目的大小，计算总空间任务由calloc去做。二是calloc返回的空间都用0填充，而malloc则不确定内存中会有什么东西。realloc是用来改变已经分配的空间的大小。指针ptr是void类型的，它应该指向一个需要重新分配大小的空间，而size参数则是重新分配之后的整个空间大小，而不是增加的大小。同样，返回的是一个指向新空间的指针。free用来释放由上面3个函数分配的空间，其参数就是指向某空间的指针。
基本就这些了，这些都是比较基础的话题，高级话题和细节问题还有很多，这里就不进行说明了，有机会我会继续总结一番的

1 #include
2 #include
3 #include
4
5 int main()
6 {
7         char *p = malloc(1024);
8         int array[1024];
9         int i;
10
11         memset(p, 'a', 1023);
12         p[1023] = 0;
13
14         for(i = 0; i < 1024; i++) {
15                 array[i] = i;
16         }
17
18         printf("p is : %s\n", p);
19
20         while(1);
21
22         return 0;
23 }
24编译执行之后，查看/proc//maps文件，可以得到类似这样的内容：

复制内容到剪贴板

代码:

infohunter:/proc/7582# cat maps

08048000-08049000 r-xp 00000000 03:07 17086      /data/program/mem-eg

08049000-0804a000 rw-p 00000000 03:07 17086      /data/program/mem-eg

0804a000-0806b000 rw-p 0804a000 00:00 0          [heap]

b7e55000-b7e56000 rw-p b7e55000 00:00 0

b7e56000-b7f7d000 r-xp 00000000 03:03 685000     /lib/tls/i686/cmov/libc-2.3.6.so

b7f7d000-b7f82000 r--p 00127000 03:03 685000     /lib/tls/i686/cmov/libc-2.3.6.so

b7f82000-b7f84000 rw-p 0012c000 03:03 685000     /lib/tls/i686/cmov/libc-2.3.6.so

b7f84000-b7f87000 rw-p b7f84000 00:00 0

b7f96000-b7f99000 rw-p b7f96000 00:00 0

b7f99000-b7f9a000 r-xp b7f99000 00:00 0          [vdso]

b7f9a000-b7faf000 r-xp 00000000 03:03 358430     /lib/ld-2.3.6.so

b7faf000-b7fb1000 rw-p 00014000 03:03 358430     /lib/ld-2.3.6.so

bfb56000-bfb6c000 rw-p bfb56000 00:00 0          [stack]

infohunter:/proc/7582#

maps文件的格式大致这样，各字段以空格分割：
<地址区间> <权限> <偏移> <主设备:次设备> <路径>
<权限>：中的r,w,x代表读、写和可执行。最后一位可以是p或者是s，代表私有或共享

根据maps的输出可以清楚的了解到进程的地址空间。在我的这个例子中，由上到下，地址增大
只读的代码段：      08048000-08049000 r-xp 00000000 03:07 17086      /data/program/mem-eg
可读写的数据段：    08049000-0804a000 rw-p 00000000 03:07 17086      /data/program/mem-eg
堆：                0804a000-0806b000 rw-p 0804a000 00:00 0          [heap]
中间是库的代码段、数据段，省略……
最后，也就是最高地址部分为栈空间： bfb56000-bfb6c000 rw-p bfb56000 00:00 0          [stack]