C语言的内存分配

01、ANSI C

在ANSI C中数据类型包括:整形,浮点型,指针和聚合型(如数组和结构等)

图片

整形:

字符,短整型,整型和长整型,他们都分别有有符号(singed)和无符号(unsingned)

取值范围:

没有带signed或者unsigned,默认signed

图片

长整型至少应该和整型一样长,而整型至少应该和短整型一样长

在32位环境中,各种数据类型的长度一般如下:

图片

02、ARM C

具体我们以IAR为编译器,版本7.2

注意:

在32位ARM中,字是32位,半字是16位,字节是8位

图片

可以看到以下关于整型的数据类型

图片

下面使用typedef重新定义数据类型,没有使用到long,因为都是32位的有一个int就够了

typedef unsigned  char       uint8;    //!< 无符号8位整型变量 
typedef signed    char       int8;     //!< 有符号8位整型变量  
typedef unsigned  short      uint16;   //!<无符号16位整型变量 
typedef signed    short      int16;    //!< 有符号16位整型变量 
typedef unsigned  int        uint32;   //!< 无符号32位整型变量 
typedef signed    int        int32;    //!<有符号32位整型变量 
typedef float                fp32;     //!< 单精度浮点数(32位长度) 
typedef double               fp64;     //!< 双精度浮点数(64位长度)

03、C语言内存分配方法

在标准C语言中,编译出来的可执行程序分为代码区(text)、数据区(data)和未初始化数据区(bss)3个部分。如下代码

#include <stdlib.h>
int a = 0;    //a在全局已初始化数据区 
char *p1;    //p1在BSS区(未初始化全局变量) 
void main() 
{
    int b; //b在栈区
    int c; //C为全局(静态)数据,存在于已初始化数据区
    char s[] = "abc"; //s为数组变量,存储在栈区,
    char *p2,*p3;  //p2、p3在栈区
    p2 = (char *)malloc(10);//分配得来的10个字节的区域在堆区
    p3 = (char *)malloc(20);//分配得来的20个字节的区域在堆区
    free(p2);
    free(p3);
}

使用linux编译之后得到的可执行文件如下

图片

可以看到代码区(text)、数据区(data)和未初始化数据区(bss)。

代码段(text):存放代码的地方。只能访问,不能修改,代码段就是程序中的可执行部分,直观理解代码段就是函数堆叠组成的。

数据段(data):全局变量和静态局部变量存放的地方。也被称为数据区、静态数据区、静态区:数据段就是程序中的数据,直观理解就是C语言程序中的全局变量。注意是全局变量或静态局部变量,局部变量不算。

未初始化数据区(bss):bss段的特点就是被初始化为0,bss段本质上也是属于数据段。

那么问题来了,为什么要区分data段和bss段呢?

以下面代码为例,a.c和b.c的差异只是有没有给arr数组赋值。

图片

可以看到a.out的bss段大,b.out的data段大。但是b.out的文件大小明显比a.out的大很多。

图片

那么就可以简单理解为,data段会增大可执行文件的大小,而bss段不会。

这里我说下自己的理解,我并没有找到资料验证:

data段是全局变量,但是需要初始化值,上面我的例子是全部初始全部为1,但也可能是1024*1024个不同的数据,而这些数据需要保存起来,表现出来也就是需要保存在可执行文件中。

bss段也是全局变量,但不需要初始化值,只需要保存一下这个全部变量的保存的数据类型和大小即可。即使它的数组容量是1024*1024,也不会占用很多可执行文件的大小。

 

这里再说明一个问题:如果一个全部变量初始化为0,那么它也是bss段,不是data段,即使你代码中把它初始化为0了。这点大家可以自行验证。

 

关于数据段,也就是data段,也会分为RO data(只读数据段)和RW data(读写数据段)。

从字面意思就可以区分他们的意思,不同的是:

只读数据段:程序使用的一些不会被更改的数据,使用这些数据的方式类似查表式的操作,由于这些变量不需要更改,因此只需要放置在只读存储器中即可。

读写数据段:程序中是可以被更改的数据,且初始化过的,所以需要放置在RAM中,且初始化的内容放在存储器中(表现为放入可执行文件中)。

这样又可以分区只读区和读写区域,如下所所示(当然bss段和下文的堆栈也是读写区)

图片

上面说到“编译出来的可执行程序分为代码区(text)、数据区(data)和未初始化数据区(bss)3个部分”,那运行中就会多出来一些区域,这就是我们常说的堆栈,注意堆栈是两个区域堆和栈。

栈:局部变量、函数一般在栈空间中。运行时自动分配&自动回收:栈是自动管理的,程序员不需要手工干预。方便简单。是提前分配好的连续的地址空间。栈的增长方向是向下的,即向着内存地址减小的方向。

堆:堆内存管理者总量很大的操作系统内存块,各进程可以按需申请使用,使用完释放。程序手动申请&释放:手工意思是需要写代码去申请malloc和释放free。可以是不连续的地址空间。堆的增长方向是向上的,即向着内存地址增加的方向。

图片

下面是简单的演示代码

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

int bss_var;                                //未初始化全局数据存储在BSS区
int data_var=42;                            //初始化全局数据存储在数据区

int main(int argc,char *argv[])
{
  char *p ,*b;
  printf("Adr bss_var:0x%x
",&bss_var);
  printf("Adr data_var:0x%x
",&data_var);
  printf("the %s is at adr:0x%x
","main",&main);
  p=(char *)alloca(32);              //从栈中分配空间
  if(p!=NULL)
  {
    printf("the p start is at adr:0x%x
",p);
    printf("the p end is at adr:0x%x
",p+31);
  }
  b=(char *)malloc(32*sizeof(char));   //从堆中分配空间
  if(b!=NULL)
  {
    printf("the b start is at adr:0x%x
",b);
    printf("the b end is at adr:0x%x
",b+31);
  }
  free(b);         //释放申请的空间,以避免内存泄漏
  while(1);
}

 运行结果如下

图片

内存分配示意图如下

图片

 点击查看本文所在的专辑,STM32F207教程