c - 单独声明和初始化的变量如何在内存中工作？

Question

我有一个关于计算机内存工作的问题。我试图自己得到答案，但我无法弄清楚它是如何工作的。所以，想象一下当一个人声明一个指向 future 字符串的指针的情况；但是，初始化会稍晚一些:

char *str; 

之后，他或她想要声明另一个变量。

char her;  

紧接着，两个变量都被初始化，它们的地址和值被打印到 STDOUT。整个程序如下所示:

int     main(void)
{
    char *str;
    char her;

    her = 'Y';
    str = "HelloMuraMana";
    printf("%p\n", (void *)&str);
    printf("%p\n", (void *)&(str[1]));
    printf("%p\n", (void *)&(str[2]));
    printf("%p\n", (void *)&(str[3]));
    printf("%p\n", (void *)&(str[4]));
    printf("%p\n", (void *)&her);
    return (0);
}    

现在，我的问题是:计算机如何为两个变量(尤其是字符串字符)分配内存。我还想添加一张我的 macOS 机器显示给我的图片:

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编辑:
我对内存在这里的工作方式特别感兴趣。另外，请注意 str[0] 有一个地址，而 str 1 , str[2], str[3], 和 str[4] 有其他的，不连续的第一个元素地址。

Answer 1

正如我在评论中所说，内存中事物具体化方式的细节因平台而异。但是，这里有一个非常高级的 View ，应该可以让您了解事物的工作原理。

首先，在 C 编程语言的上下文中，对象可以具有以下几种存储持续时间之一:static、automatic、已分配，和本地线程。具有static 存储持续时间的对象在程序启动时立即分配，并在程序退出时释放。具有 automatic 存储持续时间的对象在进入其封闭范围(函数或 block )时分配，并在该范围退出时立即释放。具有已分配 存储持续时间的对象通过调用malloc/calloc/realloc 进行分配，并通过调用free 进行释放。我不会进入 thread local 因为它与这个讨论并不相关。

当你的程序被加载到内存中时，它的布局是这样的(假设是 x86 或类似的):

              +------------------------+
high address  | Command line arguments |   
              | and environment vars   |  
              +------------------------+
              |         stack          |  <-- str and her live here, but
              | - - - - - - - - - - -  |      only for the duration of main()
              |           |            |
              |           V            |
              |                        |
              |           ^            |
              |           |            |
              | - - - - - - - - - - -  |
              |          heap          |
              +------------------------+
              |    global and read-    | <-- "HelloMuraMana" lives here for 
              |       only data        |     duration of the program
              +------------------------+
              |     program text       |
 low address  |    (machine code)      |
              +------------------------+   

具体情况取决于您的系统。请注意，这是在虚拟 地址空间而非物理内存中的样子。

当您的程序运行时，auto 变量(函数参数和局部于函数或 block 的变量，如 her 和 str)的存储是从标记为 stack 的区域分配。 allocated 对象的存储是从标记为heap 的区域分配的。

static 对象的存储以及 string literals(如 "HelloMuraMana")的存储来自不同的段；在上图中，它将是标记为 global and read-only data 的段。根据您的系统，字符串文字可能存储在只读段(例如 .rodata 或 .rdata)中，也可能存储在可写段中。字符串文字应该是不可变的(因此称为“文字”)，因此尝试修改字符串文字将导致未定义的行为。

在上面的布局中，全局数据对象的地址低于堆栈或堆对象，这在您的输出中显示。变量str是在你进入main时从栈中分配的；它的值是字符串文字的地址，它是程序第一次启动时从全局数据段分配的。