程序数据是如何在内存中组织的

如图，右侧是一片内存空间，地址由下往上升高。
具体参数：

• Kernel

  • 代表操作系统的核心源码

1. Text（代码区）：

• 作用：Text 区域存储程序的可执行代码，也就是程序的指令集。在 C 语言中，它包含了所有的函数体，如 main 函数、sum 函数以及程序中的字符串常量等。

• 特点：

  • 只读：代码区通常是只读的，这是为了防止程序在运行时修改自己的代码，增加安全性。
  • 不可变：一旦程序加载到内存，Text 区的内容通常不会发生变化，除非程序被重新编译。
  • 存储结构：存储的是指令和常量数据，如字符串 "Hello world!"。

• 示例：

  int sum(int x, int y) {
      return x + y;
  }

  sum 函数存储在 Text 区域，它包含了程序的计算逻辑。在程序执行时，CPU 会从 Text 区读取并执行这些指令。

2. Data（数据区）：

• 作用：Data 区域存储初始化过的全局变量和静态变量。所有在程序中显式初始化的全局变量会存储在这个区域。

• 特点：

  • 初始化变量：如果你声明并初始化了全局变量，它们会被存储在 Data 区。例如 char* str = "Hello, world!"; 中的 str 就是一个全局变量。
  • 持久性：这些变量在程序运行时会一直存在，并且在不同的函数之间共享。

• 示例：

  char* str = "Hello, world!";  // 这部分存储在Data区

  str 是一个初始化的全局变量，它存储在 Data 区，初始化时指向字符串 "Hello, world!"。

3. Bss（未初始化数据区）：

• 作用：BSS 区域存储未初始化的全局变量或静态变量。它们在程序开始时没有显式地被赋值，但在程序执行时，操作系统会为它们分配零值（默认值）。

• 特点：

  • 未初始化变量：在程序编译时，所有未初始化的全局变量和静态变量都会存储在 BSS 区。例如，声明一个全局变量但没有赋值，它就存储在 BSS 区。
  • 默认值为零：BSS 区的变量在程序加载到内存时会被初始化为零或空指针（视类型而定）。

• 示例：

  int glb;  // 这部分存储在BSS区，未初始化

  glb 是一个未初始化的全局变量，它会存储在 BSS 区，并在程序开始时默认被初始化为 0。

4. Heap（堆区）：

• 作用：Heap 区用于动态内存分配。当程序运行时，需要分配内存时（例如通过 malloc 或 new），这些内存会被分配到堆区。程序员需要手动管理这些内存，使用 free 或 delete 来释放。

• 特点：

  • 动态分配：Heap 区的内存大小是动态变化的，取决于程序运行时的内存分配需求。
  • 管理复杂：程序员需要自行管理堆内存，否则可能会导致内存泄漏（未释放的内存）或悬挂指针（指向已释放的内存）。

• 示例：

  int* ptr = malloc(10 * sizeof(int));  // 动态分配内存，存储在Heap区

  通过 malloc 分配的内存会存储在 Heap 区。在此例中，ptr 指向堆区分配的内存空间。

5. Shared Libraries（共享库）：

• 作用：Shared Libraries 区域存储程序在运行时加载的共享库。共享库包含了多个程序共享的代码，减少了内存的使用。操作系统会在程序加载时把这些共享库加载到内存中，并将它们映射到程序的地址空间中。

• 特点：

  • 动态链接：共享库在程序运行时被动态链接，不同程序可以共享同一个库，节省内存。
  • 共享代码：多个程序可以同时使用同一个库的代码，避免了重复加载。
• 示例：
  假设程序中使用了 printf 函数，这个函数通常会从标准 C 库（如 libc）中加载。libc 就是一个共享库。
  共享库的代码通常会存储在程序的内存区域中，当程序调用 printf 时，会跳转到 libc 中对应的实现。

6. Stack（栈区）：

• 作用：Stack 区用于存储函数的局部变量、函数参数以及返回地址。当函数被调用时，栈会存储该函数的返回地址、局部变量以及其他调用信息。栈在函数调用时自动分配，并在函数返回时释放。

• 特点：

  • 自动管理：栈区的内存由操作系统自动管理，程序员不需要手动分配和释放。
  • 先进后出：栈的内存分配遵循 LIFO（后进先出）原则，每当一个函数调用时，栈会压入相应的信息；当函数返回时，栈会弹出这些信息。
  • 溢出问题：栈的大小是有限的，如果栈空间过大（例如递归深度过深），可能会导致栈溢出（stack overflow）。

• 示例：

  void sum(int a, int b) {
      int c = a + b;  // 局部变量c存储在栈区
  }

  函数 sum 的参数 a、b 和局部变量 c 都存储在栈区。当函数执行时，它们会被压入栈；函数返回后，它们会从栈中弹出。

总结：

• Text 区存储程序的可执行代码。
• Data 区存储已初始化的全局变量。
• BSS 区存储未初始化的全局变量。
• Heap 区存储动态分配的内存。
• Shared Libraries 区存储共享库。
• Stack 区存储函数的局部变量、参数和返回地址。