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淺析C++內(nèi)存布局

更新時(shí)間：2021年10月12日 15:54:49 作者：~怎么回事啊~

本文給大家介紹了C++內(nèi)存布局的相關(guān)知識(shí)，通過(guò)進(jìn)程間通信比線程間通信難也是因?yàn)檫M(jìn)程間的用戶空間是相互隔離的，無(wú)法相互訪問(wèn)，需要通過(guò)進(jìn)程間通信方式通信，通過(guò)內(nèi)核地址空間

虛擬內(nèi)存

每個(gè)進(jìn)程的用戶空間是私有的，內(nèi)核空間是共享的；通過(guò)進(jìn)程間通信比線程間通信難也是因?yàn)檫M(jìn)程間的用戶空間是相互隔離的，無(wú)法相互訪問(wèn)，需要通過(guò)進(jìn)程間通信方式通信，通過(guò)內(nèi)核地址空間；

#include <iostream>
 
int  gdata1 = 1;
int  gdata2 = 0;
int  gdata3;
 
static int  gdata4 = 4;
static int  gdata5 = 0;
static int  gdata6;
 
int main() {
  int  a = 11;
  int  b = 0;
  int c;
 
  static int d = 12;
  static int e = 0;
  static int f;
 
  const char *p = "hello world";
 
  return 0;
 
 }

.text（代碼段）

.text段存放程序代碼，運(yùn)行前就已經(jīng)確定（編譯時(shí)確定），通常為只讀

在window平面，可執(zhí)行程序?yàn)閤xx.exe;它產(chǎn)生兩種東西：指令和數(shù)據(jù)。.exe程序存放在磁盤(pán)中，執(zhí)行時(shí)被加載到內(nèi)存中，當(dāng)然不是物理內(nèi)存，而是虛擬內(nèi)存空間。.text中存放指令

.rodata(只讀數(shù)據(jù)段)

rodata段存儲(chǔ)常量數(shù)據(jù)，比如程序中定義為const的全局變量，#define定義的常量，以及諸如“Hello World”的字符串常量。

注意：有些立即數(shù)與指令編譯在一起，放在text段。

const修飾的全局變量在常量區(qū)；const修飾的局部變量只是為了防止修改，沒(méi)有放入常量區(qū)。

編譯器會(huì)去掉重復(fù)的字符串常量，程序的每個(gè)字符串常量只有一份。

有些系統(tǒng)中rodata段是多個(gè)進(jìn)程共享的，目的是為了提高空間利用率

如在main中的 const char *p = "hello world"; 即存放在.rodata中。在vs2017中，并不能將常量字符串定義為char *p類(lèi)型，否則會(huì)編譯失??；

.data

data存儲(chǔ)已經(jīng)初始化的全局變量，屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。（注意：初始化為0的全局變量還是被保存在BSS段）

static聲明的變量也存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)段。

.bss

bss段存儲(chǔ)沒(méi)有初值的全局變量或默認(rèn)為0的全局變量，屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。 bss段內(nèi)容會(huì)被全部設(shè)為0。

stack

stack段存儲(chǔ)參數(shù)變量和局部變量，由系統(tǒng)進(jìn)行申請(qǐng)和釋放，屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。

stack的特點(diǎn)是先進(jìn)先出，可用于保存/恢復(fù)調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)。

heap

heap段是程序運(yùn)行過(guò)程中被動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存段，由用戶申請(qǐng)和釋放（例如malloc和free）。

申請(qǐng)時(shí)至少分配虛存，當(dāng)真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)才分配物理內(nèi)存；釋放時(shí)也不是立即釋放物理內(nèi)存，而是可能被重復(fù)利用。

#include <iostream>
 
//全局變量 無(wú)論是否是靜態(tài)全局變量 都是數(shù)據(jù)
int  gdata1 = 1;//.data
int  gdata2 = 0;//.bss 初始化為0
int  gdata3;//.bss 未初始化
 
static int  gdata4 = 4;//.data
static int  gdata5 = 0;//.bss 初始化為0
static int  gdata6; //.bss 未初始化
 
int main() {
  // a b c 存放在stack中，不是數(shù)據(jù) 在匯編中是三個(gè)mov指令
  int  a = 11;
  int  b = 0;
  int c;
 
  //局部靜態(tài)變量
  static int d = 12;//.data
  static int e = 0;//.bss 初始化為0
  static int f;//.bss 未初始化
 
  const char *p = "hello world";//.rodata
 
  return 0;
 
 }

總結(jié)

1、執(zhí)行文件中包含了text、rodata、data段的內(nèi)容，不包含bss段內(nèi)容（一堆0放入執(zhí)行文件沒(méi)有意義）

2、堆和棧的內(nèi)存增長(zhǎng)方向是相反的：棧是從高地址向低地址生長(zhǎng)，堆是從低地址向高地址生長(zhǎng)。

3、局部變量存儲(chǔ)在stack中，編寫(xiě)函數(shù)時(shí)要注意如果該函數(shù)被遞歸調(diào)用很多次，可能會(huì)引起stack overflow的問(wèn)題。

類(lèi)的實(shí)例化對(duì)象所占的內(nèi)存空間

一個(gè)類(lèi)的實(shí)例化對(duì)象所占空間的大小？注意不要說(shuō)類(lèi)的大小,是類(lèi)的對(duì)象的大小。首先，類(lèi)的大小是什么？確切的說(shuō)，類(lèi)只是一個(gè)類(lèi)型的定義，它是沒(méi)有大小可言的，用sizeof運(yùn)算符對(duì)一個(gè)類(lèi)型名操作，得到的是具有該類(lèi)型實(shí)體的大?。?/p>

空類(lèi)的實(shí)例化對(duì)象占1一個(gè)字節(jié)

#include <iostream>
 
class Test
{
};
 
int main()
{
  Test test;
  std::cout << sizeof(test) << std::endl; //1
 
  return 0;
}

可以看到一個(gè)空類(lèi)對(duì)象的大小1.

一個(gè)空類(lèi)對(duì)象的大小是1，為什么不是0？

　　類(lèi)A明明是空類(lèi)，它的大小應(yīng)該為0，為什么編譯器輸出的結(jié)果為1呢？這就是實(shí)例化的原因（空類(lèi)同樣被實(shí)例化），每個(gè)實(shí)例在內(nèi)存中都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的地址，為了達(dá)到這個(gè)目的，編譯器往往會(huì)給一個(gè)空類(lèi)隱含的加一個(gè)字節(jié)，這樣空類(lèi)在實(shí)例化后在內(nèi)存中得到了獨(dú)一無(wú)二的地址，所以obj的大小是1.

打斷點(diǎn)調(diào)試，F(xiàn)5進(jìn)入斷點(diǎn)；選中test，然后按快捷鍵shift+F9

獲取到test的內(nèi)存地址：0x003bf833 然后點(diǎn)擊vs菜單欄上的調(diào)試->窗口----內(nèi)存-----內(nèi)存（1）

然后把test的內(nèi)存地址粘貼過(guò)來(lái)：

類(lèi)的成員函數(shù)不占用類(lèi)對(duì)象的內(nèi)存空間

此時(shí)給類(lèi)Test添加了三個(gè)成員函數(shù)，此時(shí)的類(lèi)A對(duì)象的大小是1

#include <iostream>
 
class Test
{
  void func1() { };
  void  func2() { };
  void  func3() { };
};
 
int main()
{
  Test test;
  std::cout << sizeof(test) << std::endl; //1
 
  return 0;
}

類(lèi)的成員變量占用類(lèi)對(duì)象的內(nèi)存空間

我們添加了類(lèi)A的成員變量ch之后，類(lèi)A對(duì)象的大小是多大呢？

#include <iostream>
 
class Test
{
public:
  void func1() { };
  void  func2() { };
  void  func3() { };
 
  char ch;
};
 
int main()
{
  Test test;
  std::cout << sizeof(test) << std::endl; //1
 
  test.ch = 12;
  return 0;
}

我們看到test的大小是1.shift+F9我們獲取到內(nèi)存地址

執(zhí)行f10,發(fā)現(xiàn)0x00B5FC3F地址中的值變成0x0c 也就是ch=12;換算成16進(jìn)制就是0c

字節(jié)對(duì)齊原則

在系統(tǒng)默認(rèn)的對(duì)齊方式下：每個(gè)成員相對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量地址的偏移量正好是該成員類(lèi)型所占字節(jié)的整數(shù)倍，且最終占用字節(jié)數(shù)為成員類(lèi)型中最大占用字節(jié)數(shù)的整數(shù)倍

當(dāng)類(lèi)中有一個(gè)char，int時(shí)

#include <iostream>
 
class Test
{
public:
  void func1() { };
  void  func2() { };
  void  func3() { };
 
  char ch;
  int  n;
};
 
int main()
{
  Test test;
  std::cout << sizeof(test) << std::endl; //8
 
  test.ch = 8;
  test.n = 9;
  return 0;
}

由于內(nèi)存對(duì)齊，占8個(gè)字節(jié)。依然從內(nèi)存中看：