VC ++ 6.0 编译器编译期存储器分配模型（内存布局）

  VC ++ 6.0  编译器编译期存储器分配模型（内存布局）

                                                                                                                   ----转载自网络

 

一、内存区域的划分

      一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分：

     1）、栈区（Stack）：由编译器（Compiler）自动分配释放，存放函数的参数值，局部变的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

     2）、堆区（Heap ）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配

             方式倒是类似于链表。

     3）、全局区（静态区）（static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全

             局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。

     4）、文字常量区：常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。

     5）、程序代码区：存放函数体的二进制代码。

 

二、测试案例（源码与反汇编对照）

   

     2.1   测试案例源码与反汇编对照

             为了能够形象地说明内存布局模型，先来看一段Win32 Console Application代码（表3.1），其中，加粗文字（行最左端为行标号）

     为C源代码，未加粗文字（行最左端为地址）为反汇编后的指令代码。看上去比较零乱，不过一定要耐住性子，后面的文字将基于此。

 

     

3.2   内存布局图

        对于该案例，以下几幅图形象地说明了第2节提到的内存5大区域。需要注意的是，图中各区域的起始地址不是绝对的，不同的编译环境可能不完全相同，这里给出的只是一个典型示例。需要注意的是，不同区域地址编址方向也不同。

    

 

    

    

    

    

    

   

3、应用

     通过对第3节案例的理解，我们将对一些现象予以解释。

 

3.1、变量初始化

        1）局部变量将被分配在栈中，如果不初始化，则为不可预料值。编译时，编译器将抛出一个编号为C4700警告错误（local variable '变量名' used without having been initialized)。

        表4.1代码测试了局部变量未初始化的情况。

       

 

   该测试的一个典型的输出结果为：-858993460，同时，编译时编译器抛出了一条警告错误。

   2）全局变量如果不初始化，则默认为0，编译时编译器不提示“变量未初始化”。

        表4.2代码测试了全局变量未初始化的情况。

   该测试的输出结果为：0.

   3）全局变量初始化为0与不初始化效果一样。请留意表3.1第9行代码，即

           int init_array_g1[10]={0};                       //初始化的全局数组1

      等效于：

      int   init_array_g1[10];                       //初始化的全局数组1

      当然，出于谨慎，我们还是建议在使用全局变量前对其初始化。

   3.2  变量初始化对代码空间的影响

         本小节任然讨论变量初始化问题，但出于重视，我们将其独立成小节。现在看两个测试案例。

         案例1：建立Win32 Console Application工程，工程名：Test1，代码如表4.3。

 

 

   编译成Debug版本，察看Debug目录下的Test1.exe可执行文件大小，典型大小约184KB（约0.18MB）。

   案例2：建立Win32 Console Application工程，工程名：Test2，代码如表4.4。

 

 

   编译成Debug版本，察看Debug目录下的Test2.exe可执行文件大小，典型大小约46MB。

   两个案例唯一区别不过在于是用0还是1初始化 init_array_g1[]数组第0个元素。生成的可执行文件大小却天壤之别。

   上面已经说过，对于全局变量初始化为0与不初始化效果一样。因此，这里的Test1案例并没有对全局变量初始化。

   那么全局变量初始化于不初始化对代码空间又有什么影响呢？

   我们知道，运行于基于冯·诺依曼体系结构系统上的程序，数据和程序是一起存储了。因此，编译时，编译器会将全局变量的初始化数据捆绑到最终生成的程序文件中，而对于未初始化的全局变量只是为其分配（指示）了存储位置，不会将大量的0捆绑到程序中。

   现在再来看以上两个案例。Test1实质上没有初始化全局变量，编译时编译器只是为了init_array_g1[]指出了将要使用的内存位置，而不发生数据绑定。Test2则不同，它将init_array_g1[0]初始化为1，其它元素全部初始化为0，因此，编译器将把init_array_g1[]数组的10000000个元素的初始化数据全部捆绑到最终的可执行文件中，导致编译后的文件十分庞大。

 

    3.3   关于堆和栈

    由于历史原因，我们习惯把堆和栈合在一起称呼（堆栈），然而，在这里我们要严格区分堆和栈的概念。

    例程中声明的局部变量被分配在栈中，而栈的大小是相当有限的（一、两个兆），庞大的数组可能使栈不够用，造成运行期栈溢出（Overflow）错误（注意：不是编译器错误），而堆的大小主要取决于系统可用内存和虚存的多少。下面来看几个例子：

    案例3代码如表4.5所示：

   

   编译该代码，没有编译期错误。执行时却发生了运行期错误（提示Statck Overflow），因为栈空间不够用。

   案例4，把案例3代码改一下，数组定位为全局变量，如表4.6所示：

    

     编译该代码，没有编译期错误，也不发生运行期错误。因为全局变量不是分配在栈中的（注意：也不在堆中），能用多大空间取决于系统可用内存和虚存的多少。

     对于案例3的问题还有一种方法可以解决：动态申请内存空间。

     动态申请的内存空间是在运行期分配的，一旦申请成功，将分配在堆中，因此，大小也是取决于系统可用内存和虚存的多少。

 

     案例5：把案例3代码用另一种方法改一下，如表4.7所示。

 

    案例5的内存空间在堆中。还有一点不同于案例4：案例4的内存空间是在编译器分配的，而案例5的内存空间是在运行期分配的，有可能分配不到空间。

    3.4） 地址递减编制方式

    或许其它资料中已经描述了“地址递减”编址方式分配内存的概念，所谓“地址递减“是指编译器编译程序时，按变量声明先后，从可分配内存中从高地址向低地址分配内存。什么意思？还是先来看一个例子。

    案例6是一个有逻辑错误的程序（表4.7所示），不妨称其为“变态”程序。那么它是如何BT的呢？

    

 

      这个程序没有编译器错误，但却是一个死循环程序。我们想知道的是：它为什么是个死循环，而不是其它什么错误？通过以上文字对内存布局的介绍，我们已经可以很容易解释之。

      仿照第3节内容可以画出内存布局示意图（如图4.1所示，图中起始地址只是一个典型情况）。

      注意，程序中引用了array[10]————数组下标越界（VC++6.0编译器可以检查出显示的下标越界，但是不检查隐式的下标越界）。循环内部会将所谓的array[10]置1，而从图4.1可知，array[10]实质上就是i,导致程序最终死循环也就理所当然了。

      一切变得明朗起来，我们不仅解释了程序中的问题，同时还明白了“地址递减”编址方式并不神秘，它原来就是我们前面提到的栈内存区的编址方式。