1. 引言很多初學者在寫 C 程序時常常會困惑變量到底存在哪里為什么局部變量和全局變量行為不一樣為什么數(shù)組越界有時不報錯、有時卻段錯誤這些問題的答案都藏在 C 程序的內(nèi)存分區(qū)里。本文用最直白的方式把 C 程序的內(nèi)存布局講清楚。2. 內(nèi)存分區(qū)的整體圖景一個 C 程序運行起來后操作系統(tǒng)會為它分配一塊連續(xù)的虛擬地址空間。從高地址到低地址大致分為以下幾個區(qū)域棧區(qū)Stack存放局部變量、函數(shù)參數(shù)、返回地址由編譯器自動分配和釋放。堆區(qū)Heap由程序員用malloc/free手動管理向高地址方向增長。全局區(qū)靜態(tài)區(qū)存放全局變量和static修飾的變量程序啟動時分配程序結(jié)束時釋放。常量區(qū)只讀區(qū)存放字符串字面量等只讀數(shù)據(jù)修改會觸發(fā)段錯誤。代碼區(qū)Text存放編譯后的機器指令只讀。3. 棧區(qū)自動管理的臨時倉庫棧區(qū)是程序運行時最活躍的區(qū)域。每次調(diào)用一個函數(shù)系統(tǒng)就會在棧上壓入一個「棧幀」用來存放這個函數(shù)的局部變量、參數(shù)和返回地址。函數(shù)返回時棧幀自動彈出內(nèi)存隨之釋放。棧的特點是速度快、容量小、自動管理。默認棧大小通常在 1MB 到 8MB 之間取決于操作系統(tǒng)所以遞歸過深或定義過大的局部數(shù)組很容易導致棧溢出。#include stdio.h void func(int x) { int local x * 2; // local 存放在棧區(qū) printf(%d\n, local); } int main() { func(10); // 調(diào)用函數(shù)時壓棧返回時彈棧 return 0; }4. 堆區(qū)程序員自己管的大倉庫堆區(qū)是程序員手動申請和釋放的內(nèi)存區(qū)域容量遠大于棧受物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存限制。C 語言中通過malloc、calloc、realloc申請用free釋放。堆的特點是容量大、速度慢、必須手動管理。忘記free會造成內(nèi)存泄漏重復free或使用已釋放的內(nèi)存懸空指針則可能引發(fā)崩潰。#include stdio.h #include stdlib.h int main() { int *arr (int *)malloc(10 * sizeof(int)); // 在堆區(qū)申請 40 字節(jié) if (arr NULL) { return 1; } arr[0] 100; printf(%d\n, arr[0]); free(arr); // 手動釋放 return 0; }5. 全局區(qū)與靜態(tài)區(qū)程序的一生全局變量和用static修飾的變量存放在全局區(qū)靜態(tài)區(qū)。它們在程序啟動時就被分配好直到程序結(jié)束才釋放生命周期貫穿整個程序。這里要特別注意static修飾局部變量時變量的作用域仍然是函數(shù)內(nèi)部但存儲位置從棧區(qū)移到了全局區(qū)所以它的值在多次函數(shù)調(diào)用之間會保留。#include stdio.h int global_var 10; // 全局變量存放在全局區(qū) void counter() { static int count 0; // 靜態(tài)局部變量存放在全局區(qū) count; printf(%d\n, count); } int main() { counter(); // 輸出 1 counter(); // 輸出 2 return 0; }6. 常量區(qū)與代碼區(qū)只讀的領地字符串字面量如hello存放在常量區(qū)這個區(qū)域是只讀的。如果嘗試修改它程序會直接崩潰段錯誤。代碼區(qū)存放編譯后的機器指令同樣是只讀的。#include stdio.h int main() { char *p hello; // hello 存放在常量區(qū)p 指向它 // p[0] H; // 錯誤常量區(qū)只讀會段錯誤 printf(%s\n, p); return 0; }7. 一張表看懂內(nèi)存分區(qū)區(qū)域存放內(nèi)容分配方式生命周期容量棧區(qū)局部變量、函數(shù)參數(shù)編譯器自動分配/釋放函數(shù)調(diào)用期間小約 1-8MB堆區(qū)malloc 申請的內(nèi)存程序員手動管理從申請到 free大受物理內(nèi)存限制全局區(qū)全局變量、static 變量程序啟動時分配整個程序運行期間中等常量區(qū)字符串字面量編譯時確定整個程序運行期間只讀代碼區(qū)機器指令編譯時確定整個程序運行期間只讀8. 常見誤區(qū)與實戰(zhàn)建議理解了內(nèi)存分區(qū)很多經(jīng)典問題就迎刃而解函數(shù)返回局部數(shù)組的地址為什么危險因為局部數(shù)組在棧區(qū)函數(shù)返回后棧幀被釋放地址變成懸空指針。為什么大數(shù)組要放在全局區(qū)或用 malloc因為棧區(qū)容量小大數(shù)組容易棧溢出。字符串常量為什么不能修改因為它在只讀的常量區(qū)。內(nèi)存泄漏怎么避免每次malloc都要配對free并養(yǎng)成檢查返回值的習慣。建議初學者在寫代碼時時刻問自己一句這個變量存在哪個區(qū)它的生命周期有多長想清楚這兩點C 語言的內(nèi)存管理就成功了一大半。