运行时堆栈是否保存在内存的数据段中？

Question

我对堆栈内存组织非常好奇，因为我实验了后台发生的事情，并且显然看到它与我从书本中获得的微小知识相匹配。只是想检查一下我的理解是否正确。

我有一个基本程序——有 2 个函数，第一个是 foo，另一个是 main（入口点）。

void foo(){
    // do something here or dont
}

int main(){

    int i = 0;

    printf("%p %p %p\n",foo, &i, main);

    system("PAUSE");
    return EXIT_SUCCESS;
};

程序的输出如下图所示，main的局部变量i完全位于不相关的位置。 integer 是一个值类型，但是用一个指向 main 的 char * 指针再次检查它并获得类似的结果。

00401390 0022FF44 00401396
Press any key to continue . . .

我主要理解代码和变量被分配到不同的内存段（代码段/数据段）。所以基本上说调用堆栈折叠函数执行的基本信息（它们的局部变量、参数、返回点）并将它们保存在数据段中是正确的吗？

Answer 1

在开始时有一点警告：所有这些答案都在一定程度上受到操作系统和硬件架构的影响。 Windows 的处理方式与类 UNIX 语言、实时操作系统和旧的小型系统 UNIX 完全不同。

但正如@Richie 和@Paul 所说，基本答案是“是的”。当您的编译器和链接器处理完代码时，它在 UNIX 中被分解为所谓的“文本”和“数据”段。 文本段包含指令和一些静态数据；数据段包含数据。

然后为堆栈和堆空间分配一大块数据段。其他块可以分配给静态或外部数据结构之类的东西。

所以是的，当程序运行时，程序计数器正忙于从与数据不同的段中获取指令。现在我们进入一些架构依赖关系，但一般来说，如果你有分段内存，你的指令的构造方式是从段中获取一个字节尽可能高效，在旧的 360 架构中，它们有 基址寄存器，在 x86 中，随着地址空间从旧的 8080 到现代处理器而增长，但所有指令都经过了非常仔细的优化，因为正如您可以想象的那样，获取指令及其操作数非常大量使用。

现在我们开始使用具有虚拟内存和内存管理单元的更现代的架构。现在机器有了特定的硬件，让程序将地址空间视为一个大的平坦地址范围；各个段只需放置在该位虚拟地址空间中。 MMU 的工作是获取一个虚拟地址并将其转换为一个物理地址，包括如果该虚拟地址目前根本不在物理内存中该怎么办。同样，MMU 硬件经过了高度优化，但这并不意味着没有相关的性能成本。但随着处理器变得越来越快，程序越来越大，它变得越来越不重要。

Answer 2

是的，完全正确。代码和数据存在于内存的不同部分，具有不同的权限。堆栈保存参数、返回地址和本地（“自动”）变量，并与数据一起存在。

Answer 3

是的。

假设您的代码存储器是 ROM，而您的数据存储器是 RAM（一种常见的小芯片架构）。然后你会看到堆栈必须在数据内存中。

Answer 4

好吧，我可以为 SPARC 代言：

是的。运行程序时，程序会被读取两次（至少在 SPARC 中）。程序被加载到内存中，然后任何数组/堆栈分配都会被加载。在程序的第二次遍历中，堆栈被分配到单独的内存中。

我不确定基于 CISC 的处理器，但我怀疑它不会有太大变化。

Answer 5

您的程序表现出未定义的行为，具体是因为：

• 您未能包含 <stdio.h> 或 <cstdio>，具体取决于您将代码编译为的语言
• printf 和所有可变参数函数都没有能力对其参数进行类型检查。因此，您必须传递正确键入的参数。你真的应该这样做：
• system() 在范围内没有声明。包括<stdlib.h> 或<cstdlib> 视情况而定。

把你的代码写成：

   #include <stdio.h>

   int main() {
      /* ... */
      printf("%p %p %p\n", (void *)foo, (void *)&i, (void *)main);
      /* ... */
   }

还要注意：

• void foo() 的定义不是 C 中的原型，而是 C++ 中的。但是，如果您要编写 void foo(void)，您将获得两种语言的原型。
• system() 依赖于实现——您的代码可能无法跨平台运行。

语言本身（C 或 C++）对如何组织内存没有任何限制。它甚至没有堆栈或堆的概念。这些是由它们认为合适的实现定义的。理想情况下，您应该查阅实现提供的文档，以大致了解它们的作用。