最近很多同學(xué)希望了解C語(yǔ)言的內(nèi)存分配，雖然可以在互聯(lián)網(wǎng)上找到諸多的講解，但是你會(huì)發(fā)現(xiàn)要么不通俗易懂，要么不算太全面。而這些對(duì)于新手而言，又絕對(duì)會(huì)把你弄得暈頭轉(zhuǎn)向的，所以在此對(duì)網(wǎng)上和書(shū)本上的諸般講解，進(jìn)行了通俗的翻譯和總結(jié)。

在說(shuō)內(nèi)存分配之前，先提一點(diǎn)題外話，因?yàn)樵诤屯瑢W(xué)們講解內(nèi)存分配的時(shí)候，他們不是很明白為什么要進(jìn)行這樣的分配。所以先講解下，計(jì)算機(jī)的組成和基本原理。

一、計(jì)算機(jī)的組成

計(jì)算機(jī)的五大組成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

我們都知道計(jì)算機(jī)的處理中心是CPU，它主要由運(yùn)算器和控制器組成。

1) 運(yùn)算器

實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部分，主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。

2) 控制器

計(jì)算機(jī)的指揮中心，它通過(guò)地址訪問(wèn)存儲(chǔ)器，從存儲(chǔ)器中取出指令(程序)，并指出下一指令在存儲(chǔ)器中的位置，將取出的指令經(jīng)指令寄存器送往指令譯碼器，經(jīng)過(guò)對(duì)指令的分析產(chǎn)生相應(yīng)的操作，控制其他部件的有條不紊的工作。

執(zhí)行指令有四個(gè)步驟：取指令、指令譯碼、按指令操作碼執(zhí)行、形成下一條指令地址。

3)存儲(chǔ)器

計(jì)算機(jī)存放所有數(shù)據(jù)和程序的記憶部分，它分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是內(nèi)部存儲(chǔ)器(內(nèi)存)，一類(lèi)是外部存儲(chǔ)器(外存)。存儲(chǔ)器由若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)地址，計(jì)算機(jī)通過(guò)地址對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫(xiě)。

4) 輸入設(shè)備

向計(jì)算機(jī)輸入信息(程序、數(shù)據(jù)、聲音、文字、圖形、圖像等)的設(shè)備(鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、圖形掃描儀、觸摸屏、條形碼輸入器、光筆等)。

5) 輸出設(shè)備

主要有顯示器、打印機(jī)和繪圖儀等。

二、內(nèi)存分配

在任何程序設(shè)計(jì)環(huán)境及語(yǔ)言中，內(nèi)存管理都十分重要。在目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或嵌入式系統(tǒng)中，內(nèi)存資源仍然是有限的。因此在程序設(shè)計(jì)中，有效地管理內(nèi)存資源是程序員首先考慮的問(wèn)題

1) C程序結(jié)構(gòu)：可執(zhí)行代碼存儲(chǔ)時(shí)

下面是C語(yǔ)言可執(zhí)行程序的基本情況：

上面分別是：代碼區(qū)、全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)、未初始化數(shù)據(jù)區(qū)、十進(jìn)制總和、十六進(jìn)制總和、文件名。

我們可以看出程序在未運(yùn)行前，沒(méi)有調(diào)入到內(nèi)存時(shí)，分為三個(gè)部分：代碼區(qū)(text)、數(shù)據(jù)區(qū)(data)、未初始化數(shù)據(jù)區(qū)(bss)。

(1) 代碼區(qū)(text)

存放CPU可執(zhí)行的機(jī)器指令，由于程序被經(jīng)常使用，防止其被意外修改，代碼區(qū)通常是只讀的。

(2) 全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)(data)

存放被初始化的全局變量、靜態(tài)變量(全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量)、常量數(shù)據(jù)(如字符串常量)。

(3) 未初始化數(shù)據(jù)區(qū)(BSS)

存放未初始化的全局變量，BSS這個(gè)叫法是根據(jù)早期的匯編運(yùn)算符而來(lái)的，這個(gè)匯編運(yùn)算符標(biāo)志著一個(gè)塊的開(kāi)始。BSS區(qū)的數(shù)據(jù)在程序開(kāi)始執(zhí)行之前被內(nèi)核初始化為0或空指針(NULL)。

2)C程序結(jié)構(gòu)：程序執(zhí)行時(shí)

一個(gè)正在運(yùn)行的C程序，占用的內(nèi)存分為5個(gè)區(qū)域：代碼區(qū)、初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)、未初始化數(shù)據(jù)區(qū)、堆區(qū)、棧區(qū)。

(1) 代碼區(qū)(text)

代碼區(qū)指令根據(jù)程序設(shè)計(jì)流程依次執(zhí)行，對(duì)于順序指令，則只會(huì)執(zhí)行一次，如果反復(fù)，則需使用跳轉(zhuǎn)指令，如果進(jìn)行遞歸，則需借助棧來(lái)實(shí)現(xiàn)。

代碼區(qū)包括操作碼和要操作的對(duì)象(或?qū)ο蟮牡刂芬?，如果是立即數(shù)(即具體的數(shù)值，如2)，將直接包含在代碼中;如果是局部數(shù)據(jù)，將在棧中分配空間，然后引用該數(shù)據(jù)的地址;如果是BSS區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，在代碼中同樣引用該數(shù)據(jù)的地址。

(2) 全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)(data)

只初始化一次。上面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，在程序編譯時(shí)，該區(qū)域已經(jīng)被分配好了，這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在，當(dāng)程序結(jié)束時(shí)，才會(huì)被釋放。

(3)未初始化數(shù)據(jù) 區(qū)(BSS)

在運(yùn)行時(shí)改變其值。

(4)棧區(qū)(stack)

存放函數(shù)的參數(shù)值和局部變量，由編譯器自動(dòng)分配釋放，其操作方式類(lèi)似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的棧。其特點(diǎn)是不需要程序員去考慮內(nèi)存管理的問(wèn)題，很方便;同時(shí)棧的容量很有限，在Linux系統(tǒng)中，棧的容量只有8M，并且當(dāng)相應(yīng)的范圍結(jié)束時(shí)(如函數(shù))，局部變量就不能再使用。

(5)堆區(qū)(heap)

有些操作對(duì)象只有在程序運(yùn)行時(shí)才能確定，這樣編譯器在編譯時(shí)就無(wú)法為他們預(yù)先分配空間，只有程序運(yùn)行時(shí)才分配，這就是動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。堆區(qū)就是用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配(如malloc的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配)，堆在內(nèi)存中位于bss區(qū)和棧區(qū)之間，一般由程序員申請(qǐng)和釋放。

之所以分配如此多的區(qū)域，主要是因?yàn)椋?/p>

一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)，代碼是根據(jù)流程依次執(zhí)行的，代碼只需訪問(wèn)一次，當(dāng)然跳轉(zhuǎn)或遞歸時(shí)代碼會(huì)被執(zhí)行多次，而數(shù)據(jù)一般都需要訪問(wèn)多次，因此單獨(dú)開(kāi)辟空間以便訪問(wèn)和節(jié)約空間。

下面是一個(gè)詳細(xì)的代碼，來(lái)全面分析內(nèi)存分配情況：

//main.c

int a = 0; //a在全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)

char *p1; //p1在bss區(qū)(未初始化全局變量)

static int c = 0; //c在全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)(c是全局靜態(tài)變量)

struct employee

{

char name[20];

int age;

float score;

}e1; //e1在全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)

int main()

{

int b; //b在棧區(qū)(局部變量)

char s[] = “abc”; //s在棧區(qū)，“abc”在常量區(qū)(全局初始化數(shù)據(jù)區(qū))

char *p2; //p2在棧區(qū)

char *p3 = “123456”; //p3在棧區(qū)，“123456”在常量區(qū)(全局初始化數(shù)據(jù)區(qū))

static int d = 0; //d在全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)(靜態(tài)局部變量)

struct student

{

char *name; //name在棧區(qū)，name指針指向是在堆區(qū)

int age;

float score;

}s1; //s1在棧區(qū)

p1 = (char*)malloc(10); //分配得來(lái)的10個(gè)字節(jié)的區(qū)域在堆區(qū)

p2 = (char*)malloc(20); //分配得來(lái)的20個(gè)字節(jié)的區(qū)域在堆區(qū)

name = (cahr *)malloc(20); //分配得來(lái)的20個(gè)字節(jié)的區(qū)域在堆區(qū)

/*從常量區(qū)的“Hello World”字符串復(fù)制到剛分配到的堆區(qū)*/

strcpy(p1, “Hello World”);

free(p1); //釋放內(nèi)存

free(p2); //釋放內(nèi)存

}