C语言内存4区

本文主要是介绍C语言内存4区，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

个人笔记，多出借鉴他人

什么是代码区、常量区、静态区（全局区）、堆区、栈区？
如下图，是自己总结的内存分区的示意图。一般内存主要分为：代码区、常量区、静态区（全局区）、堆区、栈区这几个区域。

 代码区：存放程序的代码，即CPU执行的机器指令，并且是只读的。
常量区：存放常量(程序在运行的期间不能够被改变的量，例如: 10，字符串常量”abcde”， 数组的名字等)
静态区（全局区）：静态变量和全局变量的存储区域是一起的，一旦静态区的内存被分配, 静态区的内存直到程序全部结束之后才会被释放
堆区：由程序员调用malloc()函数来主动申请的，需使用free()函数来释放内存，若申请了堆区内存，之后忘记释放内存，很容易造成内存泄漏
栈区：存放函数内的局部变量，形参和函数返回值。栈区之中的数据的作用范围过了之后，系统就会回收自动管理栈区的内存(分配内存 , 回收内存),不需要开发人员来手动管理。栈区就像是一家客栈，里面有很多房间，客人来了之后自动分配房间，房间里的客人可以变动，是一种动态的数据变动。

代码区
代码区的内存是由系统控制的
代码区的存放 :程序中的函数编译后cpu指令
代码区的地址:函数的地址,程序的入口地址，程序的名字
函数的名称也是一个指针，可以通过查询函数名称所处的内存地址，查询函数存放的区域。
void test(void)
{
    printf("main:0x%p\n",main);//打印main函数的存放地址
}
可以看到main函数确实存放在0x08002e81这片地址区域，在代码区中。

常量区
下面来分析一句代码：
char *p = “abcdef”;
这句代码和char *p; p= “abcdef”;是等价的。
上面的两种定义方式的具体意思是：定义一个char * 型的指针p,p存放的是字符串常量”abcdef”的首地址，字符串常量”abcdef”是存放在常量区的，也就是p是指向常量区的。那么p指向的区域里面的内容是不可以得修改，只可以 *p来读取p指向的内容，当然也可以把指针p移走，指向其他区域。
测试如下：

void test(void)
{   
    char *p="abcdef";
    printf("0x%p: %s\n", p , p);//打印指针p的地址和p指向的字符串内容
    p="qwedma";
    printf("0x%p: %s\n", p , p);//打印指针p的地址和p指向的字符串内容
    p[0]='1';                     //尝试把p指向的第一个字符q修改为1
    printf("0x%p: %s\n", p , p);//打印指针p的地址和p指向的字符串内容
}
可以看到，abcdef字符串常量存放在0x08002ecc区域，p指针指向该区域，并把p指针移走指向qwedma字符串常量的首地址0x08002ee0。当尝试修改p指向的第一个字符，即把qwedma修改为1wedma，发现打印出来的内容并未改变，常量区的内容不可以改变。

继续看这句 char str[] = “abcd”;这句话是定义了一个字符数组，但是这个str数组是存放在栈区的，然后再把字符串常量”abcd”拷贝到栈区的str数组内，那么此时的str是可以修改的。

void test(void)
{
    char str[] = "abcd";
    printf("0x%p: %s\n", str , str);
    str[0]='e';
    printf("0x%p: %s\n", str , str);
}
 可以看到str是指向栈区的地址：0x200007c0，且指向的内容可以被修改，第一个字符a被修改为e。

静态区（全局区）
static int a;
int c;
void test(void)
{
    static int b=1;
    b++;
    printf("b:0x%p: %d\n", &b , b);
}
int main()
{
    printf("a: 0x%p: %d\n", &a , a);
    printf("c: 0x%p: %d\n", &c , c);
    for(uint8_t i=0;i<5;i++)
    {
        test();
    }
    return 0;
}

a是静态全局变量，b静态局部变量，c是全局变量，它们都存放在静态区；a和c并未初始化，打印出来都是0,说明编译器自动把他们初始化为0；b在for循环中初始化5次，但实际效果是b仅初始化一次，后面每次调用b都是上次的值，且b的地址一直是不变的，编译器只会为第一次初始化的b分配内存，后面4次初始化是无效的。

堆区
堆区是调用malloc函数来申请内存空间，这部分空间使用完后需要调用free()函数来释放。
void * mallc(size_t);函数的输入是分配的字节大小，返回是一个void*型的指针，该指针指向分配空间的首地址，void *型指针可以任意转换为其他类型的指针。

void test(void)
{   
    int *p1=malloc(4);//申请4字节的空间
    *p1=123;// 该空间赋值123
    printf("0x%p:%d\n",p1,*p1);
    printf("0x%p\n",&p1);
    free(p1);
    printf("0x%p:%d\n",p1,*p1);
    p1 = NULL;
    printf("0x%p\n",p1);
}
 

int *p1=malloc(4);语句是申请了4个字节的空间，空间的首地址赋给指针p1，可以看到这个首地址是0x200003e8，存在是堆区；
printf(“0x%p\n”,&p1);指针p1本身也是需要存放的，p1本身是存放在栈区的0x200009d0;
free(p1);内存释放函数 free(开辟的内存的首地址) ，将内存标记为可用且将里面的内容清空为0，但指针p1还是指向这片空间。比较安全的做法是p1 = NULL;把p1指针释放，避免造成野指针。

void test(void)
{   
    int *p1=malloc(4);
    int *p2=malloc(4);
    printf("p1:0x%p\n",p1);
    printf("p2:0x%p\n",p2);
}

p2的地址是大于p1的地址，验证堆区是向上生长的，后申请的空间地址会依次增加。

栈区
栈区由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、返回值和局部变量，在程序运行过程中实时分配和释放，栈区由操作系统自动管理，无须手动管理。栈区是先进后出原则，即先进去的被堵在屋里的最里面，后进去的在门口，释放的时候门口的先出去。

void test(void)
{   
    int a;
    int b=0;    
    printf("a:0x%p:%d\n",&a,a);
    printf("b:0x%p:%d\n",&b,b);
}
 

可以看到后定义的局部变量b地址是比a小的，即栈区是向下生长的;
a变量没有进行初始化，打印出的a是垃圾值，编译器不会把局部变量初始化为0。但是，需要注意：如果你运行于debug调试模式，运行时机制会把你的栈空间全部初始化为0，这就是解释了为什么平时在debug时看到的未初始化的局部变量初始值是0.
使用局部变量时，尽量要先进行初始化，避免垃圾值造成错乱。

大小端测试
数据在内存中存放，有大段模式和小端模式。
小端模式（little-endian）：低位字节存在低地址上，高位字节存在高地址上；
大端模式（ big-endian）：低位字节存在高地址上，高位字节存在低地址上，刚好与小端模式相反。
另：网络字节序：TCP/IP各层协议将字节序定义为Big-Endian，因此TCP/IP协议中使用的字节序通常称之为网络字节序

static uint32_t m=0x87654321;
char *p=(char*)&m;
void test(void)
{   
    printf("P  :0x%p: %x\n",p,*p);
    printf("P+1:0x%p: %x\n",p+1,*(p+1));
    printf("P+2:0x%p: %x\n",p+2,*(p+2));
    printf("P+3:0x%p: %x\n",p+3,*(p+3));
}

低字节21放在低地址，高字节87放在高地址，与小端模式相符。

keil中代码和数据量所占字节的查询
keil软件勾选上生成批处理文件，在keil编译完成后，可以查看到代码和定义的数据所占的字节大小。

如上图，Code是程序代码所占的字节，即代码区；
RO-data 代表只读数据，程序中所定义的常量数据和字符串等都位于此处，即常量区；
RW-data 代表已初始化的读写数据，程序中定义并且初始化的全局变量和静态变量位于此处，一部分静态区（全局区）；
ZI-data 代表未初始化的读写数据，程序中定义了但没有初始化的全局变量和静态变量位于此处，另一部分的静态区（全局区）。ZI英语是zero initial，就是程序中用到的变量并且被系统初始化为0的变量的字节数，keil编译器默认是把你没有初始化的变量都赋值一个0，这些变量在程序运行时是保存在RAM中的。
Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)这样所写的程序占用的ROM的字节总数，也就是说程序所下载到ROM flash 中的大小。

为什么Rom中还要存RW，因为掉电后RAM中所有数据都丢失了，每次上电RAM中的数据是被重新赋值的，每次这些固定的值就是存储在Rom中的，为什么不包含ZI段呢，是因为ZI数据都是0，没必要包含，只要程序运行之前将ZI数据所在的区域一律清零即可，包含进去反而浪费存储空间。

实际上，ROM中的指令至少应该有这样的功能：
1. 将RW从ROM中搬到RAM中，因为RW是变量，变量不能存在ROM中。
2. 将ZI所在的RAM区域全部清零，因为ZI区域并不在Image中，所以需要程序根据编译器给出的ZI地址及大小来将相应得RAM区域清零。ZI中也是变量，同理：变量不能存在ROM中。
在程序运行的最初阶段，RO中的指令完成了这两项工作后C程序才能正常访问变量。否则只能运行不含变量的代码。
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