C专家编程--运行时数据结构

首先看一下编译完成后的可执行文件a.out的段在内存中的布局：

 

 

 

运行时数据结构有好几种，包括堆栈，活动记录(activation record)、数据、堆等。

 

堆栈主要有三个用途：

1. 堆栈为函数内部声明的局部变量(automic variable，自动变量)提供存储空间；

2. 进行函数调用时，堆栈存储与此有关的一些维护信息，即活动记录

3. 堆栈也可以被用作暂存储区。有时候程序需要一些临时存储，如计算一个很长的表达式时，可以把部分结果先压到堆栈中，当需要时再把它从堆栈中取出。通过alloca()函数分配的内存就是位于堆栈中（因此alloca可以避免内存泄漏）。

 

过程活动记录的结构：

 

 setjmp( jmp_buf j )和longjmp( jmp_buf j, int i)就是通过操纵过程活动记录实现的。 setjmp保存了一份程序的计数器和当前的栈顶指针，longjmp恢复这些值，有效地转移控制并把状态重置回保存状态的时候。

 

数据段和堆

BBS段和数据段可以合起来统称为数据段，BBS段和数据段一样，用于存储全局变量及静态变量，而BBS段只是有效地减少了可执行文件占用的空间（在可执行文件中，BBS段只是记录了需要多少空间，在运行的时候，在进程地址空间内为其分配相应的内存）。

就像堆栈段能够根据需要自动增长一样，数据段也包含了一个对象，用于完成这项工作，这就是堆(heap)。堆区域用于动态分配的存储，也就是通过malloc（或calloc, realloc）函数获得的内存，并通过指针访问。堆中的所有东西都是匿名的——不能按名字直接访问，只能通过指针间接访问。被分配的内存总是经过对齐，所以一般malloc的内存大小通常被圆整为2的乘方。回收的内存可供程序重新使用，但并不还给操作系统。（要想获得以后能够返回给系统内核的内存，可以使用mmap系统调用来映射/dev/zero文件，用munmap系统调用返回内存）

 

堆的末端用一个称为break的指针来标识。当堆管理器需要更多内存的时候，它可以通过系统调用brk和sbrk来移动break指针，sbrk向进程提供了惟一的方法将数据段内存返回给系统内核。用于内存管理的调用是：

malloc和free —— 从堆中获得内存以及把内存返还给堆

brk和sbrk —— 调整数据段的大小至一个绝对值（通过某个增量）