为什么须要知道C/C++的内存布局和在哪能够能够找到想要的数据？知道内存布局对调试程序很有帮助，能够知道程序运行时，究竟做了什么，有助于写出干净的代码。本文的主要内容例如以下：
- 源文件转换为可运行文件
- 可运行程序组成及内存布局
- 数据存储类别
- 一个实例
- 总结
源文件转换为可运行文件
源文件经过下面几步生成可运行文件：
- 1、预处理（preprocessor）：对#include、#define、#ifdef/#endif、#ifndef/#endif等进行处理
- 2、编译（compiler）：将源代码编译为汇编代码
- 3、汇编（assembler）：将汇编代码汇编为目标代码
- 4、链接（linker）：将目标代码链接为可运行文件
编译器和汇编器创建的目标文件包括：二进制代码（指令）、源代码中的数据；链接器将多个目标文件链接成一个；装载器吧目标文件载入到内存。
图1 源文件到可运行文件的步骤
可运行程序组成及内存布局
通过上面的小节，我们知道将源程序转换为可运行程序的步骤。典型的可运行文件分为两部分：
- 代码段（Code），由机器指令组成。该部分是不可改的，编译之后就不再改变，放置在文本段（.text）。
- 数据段（Data），它由下面几部分组：
-
- 常量（constant），通常放置在仅仅读read-only的文本段（.text）
- 静态数据（static data），初始化的放置在数据段（.data）；未初始化的放置在（.bss，Block Started by Symbol，BSS段的变量仅仅有名称和大小却没有值）
- 动态数据（dynamic data），这些数据存储在堆（heap）或栈（stack）
源程序编译后链接到一个以0地址为始地址的线性或多维虚拟地址空间。并且每一个进程都拥有这样一个空间，每一个指令和数据都在这个虚拟地址空间拥有确定的地址，把这个地址称为虚拟地址（Virtual Address）。将进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器（Virtual Memory）。典型的虚拟存储器中有类似的布局：
- Text Segment (.text)
- Initialized Data Segment (.data)
- Uninitialized Data Segment (.bss)
- The Stack
- The Heap
图2 进程内存布局
当进程被创建时，内核为其提供一块物理内存。将虚拟内存映射到物理内存。这些都是由操作系统来做的。
数据存储类别
讨论C/C++中的内存布局。不得不提的是数据的存储类别！
数据在内存中的位置取决于它的存储类别。一个对象是内存的一个位置。解析这个对象依赖于两个属性：存储类别、数据类型。
- 存储类别决定对象在内存中的生命周期。
- 数据类型决定对象值的意义，在内存中占多大空间。
C/C++中由（auto、 extern、 register、 static）存储类别和对象声明的上下文决定它的存储类别。
1、自己主动对象（automatic objects）
auto和register将声明的对象指定为自己主动存储类别。他们的作用域是局部的，诸如一个函数内，一个代码块{***}内等。
操作了作用域，对象会被销毁。
- 在一个代码块中声明一个对象。假设没有运行auto，那么默认是自己主动存储类别。
-
声明为register的对象是自己主动存储类别，存储在计算机的高速寄存器中。
不能够对register对象做取值操作“&”。
2、静态对象（static objects）
静态对象能够局部的，也能够是全局的。静态对象一直保持它的值。比如进入一个函数，函数中的静态对象仍保持上次调用时的值。包括静态对象的函数不是线程安全的、不可重入的，正是由于它具有“记忆”功能。
- 局部对象声明为静态之后，将改变它在内存中保存的位置，由动态数据--->静态数据。即从堆或栈变为数据段或bbs段。
- 全局对象声明为静态之后，而不会改变它在内存中保存的位置，仍然是在数据段或bbs段。可是static将改变它的作用域，即该对象仅在本源文件有效。此相反的keyword是extern。使用extern修饰或者什么都不带的全局对象的作用域是整个程序。
一个实例
以下我们分析一段代码：
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- int a;
- static int b;
- void func(void)
- {
- charc;
- static int d;
- }
- int main(void)
- {
- int e;
- int*pi = ( int*)malloc(sizeof(int));
- func ();
- func ();
- free(pi );
- return(0);
- }
程序中声明的变量a、b、c、d、e、pi的存储类别和生命期例如以下所述：
- a是一个未初始化的全局变量。作用域为整个程序，生命期是整个程序执行期间，在内存的bbs段
- b是一个未初始化的静态全局变量，作用域为本源文件。生命期是整个程序执行期间，在内存的bbs段
- c是一个未初始化的局部变量，作用域为函数func体内。即仅在函数体内可见。生命期也是函数体内。在内存的栈中
- d是一个未初始化的静态局部变量，作用域为函数func体内。即仅在函数体内可见，生命期是整个程序执行期间，在内存的bbs段
- e是一个未初始化的局部变量。作用域为函数main体内。即仅在函数体内可见，生命期是main函数内，在内存的栈中
- pi是一个局部指针，指向堆中的一块内存块，该块的大小为sizeof(int)，pi本身存储在内存的栈中，生命期是main函数内
- 新申请的内存块在堆中，生命期是malloc/free之间
用图表演示样例如以下：
图3 样例的内存布局
总结
本文介绍了C/C++中由源程序到可运行文件的步骤，和可运行程序的内存布局，数据存储类别，最后还通过一个样例来说明。可运行程序中的变量在内存中的布局能够总结为例如以下：
- 变量（函数外）：假设未初始化。则存放在BSS段；否则存放在data段
- 变量（函数内）：假设没有指定static修饰符。则存放在栈中；否则同上
- 常量：存放在文本段.text
- 函数參数：存放在栈或寄存器中
内存能够分为下面几段：
- 文本段：包括实际要运行的代码（机器指令）和常量。它一般是共享的。多个实例之间共享文本段。文本段是不可改动的。
- 初始化数据段：包括程序已经初始化的全局变量，.data。
-
未初始化数据段：包括程序未初始化的全局变量。.bbs。
该段中的变量在运行之前初始化为0或NULL。
- 栈：由系统管理，由高地址向低地址扩展。
- 堆：动态内存，由用户管理。通过malloc/alloc/realloc、new/new[]申请空间。通过free、delete/delete[]释放所申请的
- 空间。由低地址想高地址扩展