VC ++ 6.0  編譯器編譯期儲存器分配模型（記憶體佈局）

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一、記憶體區域的劃分

      一個由C/C++編譯的程式佔用的記憶體分為以下幾個部分：

     1）、棧區（Stack）：由編譯器（Compiler）自動分配釋放，存放函式的引數值，區域性變的值等。其操作方式類似於資料結構中的棧。

     2）、堆區（Heap ）：一般由程式設計師分配釋放，若程式設計師不釋放，程式結束時可能由OS回收。注意它與資料結構中的堆是兩回事，分配

             方式倒是類似於連結串列。

     3）、全域性區（靜態區）（static）：全域性變數和靜態變數的儲存是放在一塊的，初始化的全域性變數和靜態變數在一塊區域，未初始化的全

             局變量和未初始化的靜態變數在相鄰的另一塊區域。程式結束後由系統釋放。

     4）、文字常量區：常量字串就是放在這裡的。程式結束後由系統釋放。

     5）、程式程式碼區：存放函式體的二進位制程式碼。

二、測試案例（原始碼與反彙編對照）

     2.1   測試案例原始碼與反彙編對照

             為了能夠形象地說明記憶體佈局模型，先來看一段Win32 Console Application程式碼（表3.1），其中，加粗文字（行最左端為行標號）

     為C原始碼，未加粗文字（行最左端為地址）為反彙編後的指令程式碼。看上去比較零亂，不過一定要耐住性子，後面的文字將基於此。

3.2   記憶體佈局圖

        對於該案例，以下幾幅圖形象地說明了第2節提到的記憶體5大區域。需要注意的是，圖中各區域的起始地址不是絕對的，不同的編譯環境可能不完全相同，這裡給出的只是一個典型示例。需要注意的是，不同區域地址編址方向也不同。

3、應用

     通過對第3節案例的理解，我們將對一些現象予以解釋。

3.1、變數初始化

        1）區域性變數將被分配在棧中，如果不初始化，則為不可預料值。編譯時，編譯器將丟擲一個編號為C4700警告錯誤（local variable '變數名' used without having been initialized)。

        表4.1程式碼測試了局部變數未初始化的情況。

   該測試的一個典型的輸出結果為：-858993460，同時，編譯時編譯器丟擲了一條警告錯誤。

   2）全域性變數如果不初始化，則預設為0，編譯時編譯器不提示“變數未初始化”。

        表4.2程式碼測試了全域性變數未初始化的情況。

  該測試的輸出結果為：0.

   3）全域性變數初始化為0與不初始化效果一樣。請留意表3.1第9行程式碼，即

  intinit_array_g1[10]={0};                       //初始化的全域性陣列1

      等效於：

      int   init_array_g1[10];                       //初始化的全域性陣列1

      當然，出於謹慎，我們還是建議在使用全域性變數前對其初始化。

   3.2 變數初始化對程式碼空間的影響

         本小節任然討論變數初始化問題，但出於重視，我們將其獨立成小節。現在看兩個測試案例。

         案例1：建立Win32 Console Application工程，工程名：Test1，程式碼如表4.3。

   編譯成Debug版本，察看Debug目錄下的Test1.exe可執行檔案大小，典型大小約184KB（約0.18MB）。

   案例2：建立Win32 Console Application工程，工程名：Test2，程式碼如表4.4。

   編譯成Debug版本，察看Debug目錄下的Test2.exe可執行檔案大小，典型大小約46MB。

   兩個案例唯一區別不過在於是用0還是1初始化 init_array_g1[]陣列第0個元素。生成的可執行檔案大小卻天壤之別。

   上面已經說過，對於全域性變數初始化為0與不初始化效果一樣。因此，這裡的Test1案例並沒有對全域性變數初始化。

   那麼全域性變數初始化於不初始化對程式碼空間又有什麼影響呢？

   我們知道，運行於基於馮·諾依曼體系結構系統上的程式，資料和程式是一起儲存了。因此，編譯時，編譯器會將全域性變數的初始化資料捆綁到最終生成的程式檔案中，而對於未初始化的全域性變數只是為其分配（指示）了儲存位置，不會將大量的0捆綁到程式中。

   現在再來看以上兩個案例。Test1實質上沒有初始化全域性變數，編譯時編譯器只是為了init_array_g1[]指出了將要使用的記憶體位置，而不發生 資料繫結。Test2則不同，它將init_array_g1[0]初始化為1，其它元素全部初始化為0，因此，編譯器將把 init_array_g1[]陣列的10000000個元素的初始化資料全部捆綁到最終的可執行檔案中，導致編譯後的檔案十分龐大。

    3.3   關於堆和棧

    由於歷史原因，我們習慣把堆和棧合在一起稱呼（堆疊），然而，在這裡我們要嚴格區分堆和棧的概念。

    例程中宣告的區域性變數被分配在棧中，而棧的大小是相當有限的（一、兩個兆），龐大的陣列可能使棧不夠用，造成執行期棧溢位（Overflow）錯誤（注意：不是編譯器錯誤），而堆的大小主要取決於系統可用記憶體和虛存的多少。下面來看幾個例子：

    案例3程式碼如表4.5所示：

   編譯該程式碼，沒有編譯期錯誤。執行時卻發生了執行期錯誤（提示Statck Overflow），因為棧空間不夠用。

   案例4，把案例3程式碼改一下，陣列定位為全域性變數，如表4.6所示：

     編譯該程式碼，沒有編譯期錯誤，也不發生執行期錯誤。因為全域性變數不是分配在棧中的（注意：也不在堆中），能用多大空間取決於系統可用記憶體和虛存的多少。

     對於案例3的問題還有一種方法可以解決：動態申請記憶體空間。

     動態申請的記憶體空間是在執行期分配的，一旦申請成功，將分配在堆中，因此，大小也是取決於系統可用記憶體和虛存的多少。

     案例5：把案例3程式碼用另一種方法改一下，如表4.7所示。

    案例5的記憶體空間在堆中。還有一點不同於案例4：案例4的記憶體空間是在編譯器分配的，而案例5的記憶體空間是在執行期分配的，有可能分配不到空間。

    3.4） 地址遞減編制方式

    或許其它資料中已經描述了“地址遞減”編址方式分配記憶體的概念，所謂“地址遞減“是指編譯器編譯程式時，按變數宣告先後，從可分配記憶體中從高地址向低地址分配記憶體。什麼意思？還是先來看一個例子。

    案例6是一個有邏輯錯誤的程式（表4.7所示），不妨稱其為“變態”程式。那麼它是如何BT的呢？

      這個程式沒有編譯器錯誤，但卻是一個死迴圈程序。我們想知道的是：它為什麼是個死迴圈，而不是其它什麼錯誤？通過以上文字對記憶體佈局的介紹，我們已經可以很容易解釋之。

      仿照第3節內容可以畫出記憶體佈局示意圖（如圖4.1所示，圖中起始地址只是一個典型情況）。

      注意，程序中引用了array[10]————陣列下標越界（VC++6.0編譯器可以檢查出顯示的下標越界，但是不檢查隱式的下標越界）。迴圈內部會將 所謂的array[10]置1，而從圖4.1可知，array[10]實質上就是i,導致程式最終死迴圈也就理所當然了。

      一切變得明朗起來，我們不僅解釋了程式中的問題，同時還明白了“地址遞減”編址方式並不神祕，它原來就是我們前面提到的棧記憶體區的編址方式。