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把記憶體管理理解好,C語言真的不難學。今天帶你“攻破”記憶體管理

2021-11-04 11:41:59 軟體設計

作者:度小白嵌入式

原文鏈接:今日頭條

任何程式運行起來都需要分配記憶體空間存放該行程的資源資訊的,C程式也不例外,C程式中的變數、常量、函式、代碼等等的資訊所存放的區域都有所不同,不同的區域又有不同的特性,C語言學習者、尤其是在學習嵌入式的朋友,這些知識點一定要吃透!

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被欺騙的C行程

每一個C語言的程式被執行起來的時候系統為了更方便開發人員操作,會給每一個行程分配一個虛擬的記憶體空間,它實際上是從處理記憶體映射出來的,虛擬記憶體的起始地址結束地址都是固定的,因此虛擬記憶體的布局都是一樣, 比如有三個行程 P1 P2 P3 ,他們雖然得到的物理記憶體是完全不一樣,但是從行程的角度來看他們三個得到的記憶體確實一模一樣的,

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假設你正在使用的計算機實際物理記憶體只有 1GB 大小,而當前系統運行了三個行程,Linux 會將 PM 中的某些記憶體映射為三個大小均為 4GB 的虛擬記憶體 ,讓每個行程都以為自己獨自擁有了完整的記憶體空間,這樣極大地方 便了應用層程式的資料和代碼的組織,

虛擬記憶體布局:

虛擬記憶體布局分為內核空間、堆疊、堆、資料段、代碼段和一個不允許訪問的空間(相當于一堵墻),

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一個用戶行程可以訪問的記憶體區域介于 0x0804 8000 到0xc0000000 之間,這個“廣袤”的區域又被分成了幾個部分,分別用來存放行程的代碼和資料,

下面讓我們更進一步地研究虛擬記憶體中每一個空間所存放的是什么型別的資料,

堆疊記憶體

堆疊記憶體是用于存放環境變數、命令列引數和區域變數的,堆疊記憶體空間十分有限,默認情況下堆疊的大小為 8M ,在嵌入式開發的時候我們應該盡可能減少使用堆疊空間,堆疊空間的增長,從上(高地址) 往下 (低地址)每當有一個函式被呼叫的時候,堆疊就會從上往下分配一個段,這一段空間就是一個堆疊幀,該記憶體空間用來存放該函式的區域變數,

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當一個函式退出(呼叫結束)的時候,堆疊空間會從下往上釋放一個堆疊幀,將所有的記憶體歸還給系統,

注意:

  • 堆疊空間中的記憶體存放的資料值是未知的, 因此每一個區域變數在使用之前最好做好初始化
  • 堆疊記憶體的空間我們無法手動實作申請與釋放,都是由系統自動完成,我們無法干預,

堆空間

堆空間是相對自由的空間,這是一個非常重要的區域,因為在此區域定義的記憶體的 生命周期我們是可以控制的:從 malloc( )/calloc( )/realloc( )開始,到 free( )結束,其分配和釋放完全由我們開發者自定義,這就給了我們最大的自由和靈活性,讓程式在運行的過 程當中,以最大的效益使用記憶體,

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注意:

  • 相對于堆疊空間來說,堆的記憶體空間相對大很多
  • 堆空間的增長方式,從下(低地址)往上(高地址)
  • 堆空間中的記憶體都屬于匿名空間, 因此需要借助指標來訪問
  • 有開發者自行申請和釋放的,如果沒有釋放那么這個空間將一直存在,直到程式結束,

資料段

資料段中存放著全域變數、靜態變數、和常量這些資料,生命周期與程式一致,程式不止,資料不斷(段),

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代碼段

代碼段中又分成了兩個空間:

.text段:存放用戶的代碼(mian func ...)

init段:當程式運行之初的一些初始化的作業(由編譯器根據系統來對應添加的)

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記憶體管理是嵌入式學習的重點知識,也是判斷一個人是否入門的重要標志,記憶體管理學得好,對C語言的理解又會更加深刻一些,

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