一起talk C栗子吧(第一百三十回:C语言实例--C程序内存布局二)

2024-03-12 04:58

本文主要是介绍一起talk C栗子吧(第一百三十回:C语言实例--C程序内存布局二),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!


各位看官们,大家好,上一回中咱们说的是C程序内存布局的例子,这一回咱们继续说该例子。闲话休提,言归正转。让我们一起talk C栗子吧!

看官们,我们在上一回中介绍了C程序在内存中的布局,并且给大家做了简单的演示。上一回的例子比较简单,只能说明程序中内存布局的大体轮廓。我们今天会通过具体的内存地址来清楚地介绍C程序在内存中的布局。下面是例子的程序源代码,请大家参考:

int ga1;
int ga2 = 1;int func()
{int i = 0;static static_la1;static static_la2 = 3;printf("func is running \n");printf("Address of i: %p \n",&i);printf("Address of static_la1 : %p \n",&static_la1);printf("Address of static_la2 : %p \n",&static_la2);while(i++<8)sleep(1);return 0;
}int main()
{int la1;int la2 = 2;int *p;p = (int *) malloc(3*sizeof(int));if(NULL == p)printf("malloc failed \n");printf("Address of ga1: %p \n",&ga1);printf("Address of ga2: %p \n",&ga2);printf("Address of la1: %p \n",&la1);printf("Address of la2: %p \n",&la2);printf("Address of p: %p \n",p);func();free(p);p = NULL;return 0;
}

在该代码中,我们手动输出各个变量的地址,这样做的目的是为了通过变量的地址来判断变量在内存中的位置,进而确认变量属于内存布局中的哪个分区。那么这些变量究竟是在哪个分区中呢?data分区还是bss分区?下面是程序的运行结果,请大家参考:

Address of ga1: 0x804a040 
Address of ga2: 0x804a030 
Address of la1: 0xbfc7e7b4 
Address of la2: 0xbfc7e7b8 
Address of p: 0x8ffc008 
func is running 
Address of i: 0xbfc7e78c 
Address of static_la1 : 0x804a03c 
Address of static_la2 : 0x804a034 

从程序的运行结果中我们可以看到,各个变量在内存中的地址,不过,我们还是不知道这些变量属于哪个内存分区。看官们莫急,我们通过readelf工具来查看该程序的内存布局,通过内存布局就可以看到各个内存分区的地址范围,这些我就们就能依据变量的地址推断出变量所在的内存分区。下面是详细的结果:

readelf -S s            //使用readelf 工具查看程序的内存布局
There are 30 section headers, starting at offset 0x1190:Section Headers:[Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al[ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0[ 1] .interp           PROGBITS        08048154 000154 000013 00   A  0   0  1[ 2] .note.ABI-tag     NOTE            08048168 000168 000020 00   A  0   0  4[ 3] .note.gnu.build-i NOTE            08048188 000188 000024 00   A  0   0  4[ 4] .gnu.hash         GNU_HASH        080481ac 0001ac 000020 04   A  5   0  4[ 5] .dynsym           DYNSYM          080481cc 0001cc 000090 10   A  6   1  4[ 6] .dynstr           STRTAB          0804825c 00025c 000063 00   A  0   0  1[ 7] .gnu.version      VERSYM          080482c0 0002c0 000012 02   A  5   0  2[ 8] .gnu.version_r    VERNEED         080482d4 0002d4 000020 00   A  6   1  4[ 9] .rel.dyn          REL             080482f4 0002f4 000008 08   A  5   0  4[10] .rel.plt          REL             080482fc 0002fc 000038 08   A  5  12  4[11] .init             PROGBITS        08048334 000334 000023 00  AX  0   0  4[12] .plt              PROGBITS        08048360 000360 000080 04  AX  0   0 16[13] .text             PROGBITS        080483e0 0003e0 0002a2 00  AX  0   0 16[14] .fini             PROGBITS        08048684 000684 000014 00  AX  0   0  4[15] .rodata           PROGBITS        08048698 000698 0000dc 00   A  0   0  4[16] .eh_frame_hdr     PROGBITS        08048774 000774 000034 00   A  0   0  4[17] .eh_frame         PROGBITS        080487a8 0007a8 0000d0 00   A  0   0  4[18] .init_array       INIT_ARRAY      08049f08 000f08 000004 00  WA  0   0  4[19] .fini_array       FINI_ARRAY      08049f0c 000f0c 000004 00  WA  0   0  4[20] .jcr              PROGBITS        08049f10 000f10 000004 00  WA  0   0  4[21] .dynamic          DYNAMIC         08049f14 000f14 0000e8 08  WA  6   0  4[22] .got              PROGBITS        08049ffc 000ffc 000004 04  WA  0   0  4[23] .got.plt          PROGBITS        0804a000 001000 000028 04  WA  0   0  4[24] .data             PROGBITS        0804a028 001028 000010 00  WA  0   0  4[25] .bss              NOBITS          0804a038 001038 00000c 00  WA  0   0  4[26] .comment          PROGBITS        00000000 001038 00004f 01  MS  0   0  1[27] .shstrtab         STRTAB          00000000 001087 000106 00      0   0  1[28] .symtab           SYMTAB          00000000 001640 0004c0 10     29  47  4[29] .strtab           STRTAB          00000000 001b00 0002be 00      0   0  1
Key to Flags:W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown)O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)

从运行结果中可以看到程序的

data分区从地址0x0804a028开始,大小为0x000010(16byte)。
bss分区从0x0804a038开始,大小为0x00000c(12byte)。

那么我们结合程序中变量的地址来推断一下变量所在的内存分区:

Address of ga1: 0x804a040    //变量的地址大于bss(0x0804a038),变量位于bss分区
Address of ga2: 0x804a030    //变量的地址大于data(0x0804a028),而且小于bss,变量属于data分区
Address of static_la1 : 0x804a03c    //变量的地址大于bss(0x0804a038),变量位于bss分区
Address of static_la2 : 0x804a034    //变量的地址大于data(0x0804a028),而且小于bss,变量属于data分区

还有四个变量的地址不在bss和data分区范围内,因此不能确定这些变量所在的分区:

Address of la1: 0xbfc7e7b4   //变量的地址大于bss(0x0804a038),但是超出了bss分区的范围
Address of la2: 0xbfc7e7b8   //变量的地址大于bss(0x0804a038),但是超出了bss分区的范围
Address of p: 0x8ffc008      //变量的地址大于bss(0x0804a038),但是超出了bss分区的范围
Address of i: 0xbfc7e78c     //变量的地址大于bss(0x0804a038),但是超出了bss分区的范围

我们在前一章回中介绍过,重要的分区就四种,他们不在data和bss,那么只能在堆区或者栈区了。现在我们只有变量的地址,要是有堆区或者栈区的地址范围就好了。这样我们就可以向刚才推断bss和data分区中的变量一样来推断这些变量在内存中的分区。

接下我们一起查找一下程序的栈和堆分区。还记得我们在前面章回中介绍的proc虚拟文件系统吗?我们可以借助它来获得栈区和堆区的内存空间信息。

 ./s &                               //在后台运行编译好的程序
[1] 2736                                                                                    //程序在后台正常运行,同时显示程序的PID
Address of ga1: 0x804a040            //程序运行,输出程序中的内容
Address of ga2: 0x804a030 
Address of la1: 0xbfe01cf4 
Address of la2: 0xbfe01cf8 
Address of p: 0x964d008 
func is running 
Address of i: 0xbfe01ccc 
Address of static_la1 : 0x804a03c 
Address of static_la2 : 0x804a034 
cat /proc/2736/maps                   //查看proc中关于进程的信息
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:13 22415696   /home/talk8/s
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:13 22415696   /home/talk8/s
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:13 22415696   /home/talk8/s
0964d000-0966e000 rw-p 00000000 00:00 0          [heap]  
b75b7000-b75b8000 rw-p 00000000 00:00 0 
b75b8000-b7761000 r-xp 00000000 08:16 6444       /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so
b7761000-b7763000 r--p 001a9000 08:16 6444       /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so
b7763000-b7764000 rw-p 001ab000 08:16 6444       /lib/i386-linux-gnu/libc-2.19.so
b7764000-b7767000 rw-p 00000000 00:00 0 
b777e000-b7781000 rw-p 00000000 00:00 0 
b7781000-b7782000 r-xp 00000000 00:00 0          [vdso]
b7782000-b77a2000 r-xp 00000000 08:16 6459       /lib/i386-linux-gnu/ld-2.19.so
b77a2000-b77a3000 r--p 0001f000 08:16 6459       /lib/i386-linux-gnu/ld-2.19.so
b77a3000-b77a4000 rw-p 00020000 08:16 6459       /lib/i386-linux-gnu/ld-2.19.so
bfde3000-bfe04000 rw-p 00000000 00:00 0          [stack]

从上面信息中我们可以看到,标记为[heap]和[stack]的分区就是我们要找的堆区和栈区,与其在同一行中的内容显示了这两个分区的内存地址空间。

堆区:0x0964d000-0x0966e000
栈区:0xbfde3000-0xbfe04000

现在,我们可以推断刚才哪四个不知道自己所在分区的变量了,下面是我们的推断结果:

Address of la1: 0xbfe01cf4   //变量的地址位于栈区地址空间内,该变量位于栈区
Address of la2: 0xbfe01cf8   //变量的地址位于栈区地址空间内,该变量位于栈区
Address of p: 0x964d008      //变量的地址位于堆区地址空间内,该变量位于堆区
Address of i: 0xbfe01ccc     //变量的地址位于栈区地址空间内,该变量位于栈区

看官们,到目前为止, 我们通过具体的内存地址清楚地展示了C程序在内存中的布局。最后我们画一个直观的图形给大家看,这样大家就能直观地看清楚C程序的内存模型了。
这里写图片描述
该图形比较简单,在图形中从上向下看,可以看到内存地址从高地址向低地址延伸,每个地址后面是与该地址对应的分区名称。

看官们,完整的代码放到了我的资源中,大家可以点击这里下载使用(CSDN又出问题了,所以暂时不能上传程序,等CSDN修复好问题后,我会及时上传程序,到时候大家可以到我们资源中下载程序)。因为每个人的电脑是不同的,而且所使用的编程环境也可能不相同,所以建议各位看官都下载程序到自己的电脑上运行,然后按照我们介绍的方法观察程序在内存中的模型。

各位看官,关于C程序内存布局的例子咱们就说到这里。欲知后面还有什么例子,且听下回分解 。


这篇关于一起talk C栗子吧(第一百三十回:C语言实例--C程序内存布局二)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/800196

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