C语言内存结构

在C语言中，对内存进行了划分，总共分为：栈区、堆区、代码区、常量区、全局数据区。其中，全局数据区又可细分为：初始化静态数据区和未初始化静态数据区。

一、栈区

存放函数执行时的局部变量、函数的参数和函数返回值。
栈区的大小由操作系统分配。
函数之间的调用就是通过栈实现的：调用函数就入栈，函数执行完就出栈。
栈区的数据由编译器自动分配和释放内存，不需要程序员手动干预。
栈区按内存地址由高到低方向生长。也就是说，新分配的栈内存地址会比之前的低。
栈区的操作非常高效、速度快，因为在栈空间的分配和释放只涉及移动栈指针。使得栈区存储临时变量和函数调用信息的理想选择。

二、堆区

堆区是动态内存分配的区域。可以在程序运行过程中申请（malloc）和释放（free）内存空间。与栈区不同，堆区上的内存需要程序员手动管理。在申请的内存区域使用完成后要及时释放，如果不能很好的控制内存使用，会造成内存泄露的风险。
与栈区另外的一个不同点，堆区申请的空间没有大小限制，大小由系统内存或虚拟内存上限决定。
堆区的内存分配和释放通常比栈区慢，这是因为在堆区维护了一个内存块记录堆区的使用情况，以便在分配和释放内存时能够高效地找到合适的内存块，同时修改堆区使用信息，由于堆区还会涉及到内存碎片的整理，这些都会影响到内存的分配和释放性能。
堆区的内存地址通常是从低地址向高地址方向增长的。也就是说，新分配的内存块会位于已分配内存块的上方。

三、代码区

存放要执行的编译后的二进制代码。这部分内存是只读的。
代码区是共享的，多个进程共享同一份代码。

四、常量区

存放字符串常量（由指针方式创建的字符串，使用数组方式初始化的字符串不放在这个区）和const修饰的全局变量。这部分数据存放在(.rodata段)。
常量区存储内容固定，一般在编译时就已经确定，并且在整个程序运行期间都不能改变，是只读的；由于不可以修改，所以在代码编译过程中会做一些优化，读取效率会非常高。

五、全局数据区

存放全局变量和静态变量（由static修饰的全局变量或局部变量）。这部分数据在整个程序生命周期都存在，只有程序运行完成后才会销毁。
初始化的全局变量和静态变量存放在(.data)，没有初始化的全局变量和没有初始化的静态变量存放在(.bss)区。
全局变量可以在程序的任何地方访问，局部静态变量只能在声明它的函数内访问，但是函数调用后静态变量仍然存在，它的内存空间不会释放。

在C语言的内存划分中，最重要的两个区域就是堆区和栈区了，如果清楚了这两个区域的特点和使用场景，就掌握了C语言的内存精髓。

内存空间的生长方向：栈区由高地址向低地址方向生长，堆区由低地址向高地址方向生长。

下面通过代码观察c语言的各个区域信息：

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int gi = 10;
long gl = 20L;
static int s_gi = 10;
static long s_gl = 20L;
const int c_gi = 10;
const long c_gl = 20L;

int gi1;
long gl1;
static int s_gi1;
static long s_gl1;
const int c_gi1;
const long c_gl1;

void func1(int i) {
    int ii;
    printf("method parameter      : %p\n", &i);
    printf("method local variable : %p\n", &ii);
}

void func2(long l) {
    long ll;
    printf("method parameter      : %p\n", &l);
    printf("method local variable : %p\n", &ll);
}

int main() {
    // 栈区
    printf("-------- Stack Memory --------\n");
    int i = 10;
    int l = 20L;
    printf("local variable        : %p\n", &i);
    printf("local variable        : %p\n", &l);

    const int c_i = 10;
    const long c_l = 20L;
    printf("const local variable  : %p\n", &c_i);
    printf("const local variable  : %p\n", &c_l);

    func1(i);
    func2(l);

    // 堆区
    printf("\n-------- Heap Memory --------\n");
    int* pi = malloc(sizeof(int));
    long* pl = malloc(sizeof(long));
    printf("%p\n", pi);
    printf("%p\n", pl);

    // 已初始化全局变量或静态变量
    printf("\n-------- Data Segment --------\n");
    static int s_i = 10;
    static long s_l = 20;
    printf("static local variable       : %p\n", &s_i);
    printf("static local variable       : %p\n", &s_l);

    printf("init global variable        : %p\n", &gi);
    printf("init global variable        : %p\n", &gl);

    printf("init static global variable : %p\n", &s_gi);
    printf("init static global variable : %p\n", &s_gl);

    // 未初始化全局变量或静态变量
    printf("\n-------- Block Started by Symbol --------\n");
    static int s_i1;
    static long s_l1;
    printf("uninit static local variable  : %p\n", &s_i1);
    printf("uninit static local variable  : %p\n", &s_l1);

    printf("uninit global variable        : %p\n", &gi1);
    printf("uninit global variable        : %p\n", &gl1);

    printf("uninit static global variable : %p\n", &s_gi1);
    printf("uninit static global variable : %p\n", &s_gl1);

    // 代码
    printf("\n-------- Code Segment --------\n");
    printf("%p\n", func1);
    printf("%p\n", func2);

    // 常量
    printf("\n-------- Const Data --------\n");
    char* pstr1 = "Hello,world!";
    char* pstr2 = "Hello,world!";
    char* pstr3 = "你好，世界！";
    printf("const string variable         : %p\n", pstr1);
    printf("const string variable         : %p\n", pstr2);
    printf("const string variable         : %p\n", pstr3);

    printf("init const global variable    : %p\n", &c_gi);
    printf("init const global variable    : %p\n", &c_gl);

    printf("uninit const global variable  : %p\n", &c_gi1);
    printf("uninit const global variable  : %p\n", &c_gl1);

    free(pi);
    free(pl);
    return 0;
}

程序执行输出：

-------- Stack Memory --------
local variable        : 00000008c31ff8a4
local variable        : 00000008c31ff8a0
const local variable  : 00000008c31ff89c
const local variable  : 00000008c31ff898
method parameter      : 00000008c31ff870
method local variable : 00000008c31ff85c
method parameter      : 00000008c31ff870
method local variable : 00000008c31ff85c

-------- Heap Memory --------
000001c2b4a01c10
000001c2b4a01c30

-------- Data Segment --------
static local variable       : 00007ff7b0efa010
static local variable       : 00007ff7b0efa014
init global variable        : 00007ff7b0efa000
init global variable        : 00007ff7b0efa004
init static global variable : 00007ff7b0efa008
init static global variable : 00007ff7b0efa00c

-------- Block Started by Symbol --------
uninit static local variable  : 00007ff7b0eff040
uninit static local variable  : 00007ff7b0eff044
uninit global variable        : 00007ff7b0eff030
uninit global variable        : 00007ff7b0eff034
uninit static global variable : 00007ff7b0eff038
uninit static global variable : 00007ff7b0eff03c

-------- Code Segment --------
00007ff7b0ef1634
00007ff7b0ef166f

-------- Const Data --------
const string variable         : 00007ff7b0efb257
const string variable         : 00007ff7b0efb257
const string variable         : 00007ff7b0efb264
init const global variable    : 00007ff7b0efb000
init const global variable    : 00007ff7b0efb004
uninit const global variable  : 00007ff7b0efb008
uninit const global variable  : 00007ff7b0efb00c