20.9. Выводы

Место, где выделяется память для переменных, определяется по следующим правилам:

1. Глобальные и статические переменные (класс памяти extern и static) размещаются в постоянной памяти (сегменте данных).

2. Обычные локальные переменные (класс памяти auto), а также формальные параметры функций размещаются в стеке.

3. Регистровые переменные (класс памяти register) размещаются, если это возможно в регистрах процессора, иначе – в стеке.

Время жизни переменной определяется по следующим правилам:

1. Переменная, объявленная глобально (т.е. вне всех блоков), существует на протяжении всего времени выполнения программы.

2. Локальные переменные (т.е. объявленные внутри блока) с классом памяти register или auto, имеют время жизни только на период выполнения того блока, в котором они объявлены. Если локальная переменная объявлена с классом памяти static или extern, то она имеет время жизни на период выполнения всей программы.

Видимость переменных и функций в программе определяется следующими правилами:

1. Переменная, объявленная или определенная глобально, видима от точки объявления или определения до конца исходного файла. Можно сделать переменную видимой и в других исходных файлах, для чего в этих файлах следует ее объявить с классом памяти extern.

2. Переменная, объявленная или определенная локально, видима от точки объявления или определения до конца текущего блока.

3. Переменные из объемлющих блоков, включая переменные объявленные на глобальном уровне, видимы во внутренних блоках. Эту видимость называют вложенной. Если переменная, объявленная внутри блока, имеет то же имя, что и переменная, объявленная в объемлющем блоке или глобальная переменная, то это разные переменные, и переменная из объемлющего блока или глобальная переменная во внутреннем блоке будет невидимой.

21. Организация памяти программы

Блок памяти для запуска программы выделяется операционной системой. Скомпилированная программа С имеет четыре области памяти:

1. код программы (сегмент кода) – содержит машинные коды функций программы. Функции, присоединенные к exe-файлу на стадии линковки, размещаются вне области кода;

2. постоянные объекты данных программы (сегмент данных);

3. стек, который используется при вызове функций;

4. куча – это такая свободная область памяти, для получения участков памяти из которой программа вызывает функции динамического распределения памяти.

Код

Статические (постоянные) данные

Куча

↓

↑

Стек

Размер кода фиксируется во время компиляции, так что компилятор может разметить его в статически определенной области. Аналогично во время компиляции становится известным размер некоторых объектов данных (глобальные и статические переменные, константы), и они также могут быть размещены в статически определяемой области.

Язык С использует стек для работы с записями активаций функций или, другими словами стек используется при вызове функций.

Отдельная область памяти времени исполнения, называемая кучей (heap), предназначена для обеспечения запросов программы на динамическую память (будем рассматривать позднее). В кучу данные помещаются только по указанию программиста и не имеют имени. К ним можно обратиться только по адресу, расположенному в указателе.

Размеры стека и кучи могут изменяться в процессе работы программы (стек и куча растут навстречу друг другу).

Информация, необходимая для однократного выполнения функции, поддерживается с помощью непрерывного блока памяти, называемого записью активации. Этот блок состоит из набора полей. В языке С запись активации функции размещается в стеке при вызове функции и удаляется из стека при передаче управления вызывающей функции.

Запись активации функции состоит из следующих основных частей:

Возвращаемое значение

Формальные параметры

Сохраненное состояние компьютера

Локальные данные

Назначения полей:

1. Поле для локальных данных хранит данные, являющиеся локальными для функции. Это все локальные переменные, определенные внутри функции.

2. Поле сохраненного состояния компьютера хранит информацию о состоянии компьютера непосредственно перед вызовом функции. Эта информация включает значения счетчика программы (указатель выполняющейся инструкции) и регистров компьютера, которые должны быть восстановлены при возврате управления из функции. Данная информация, после восстановления из стека, позволяет продолжить выполнение программы после вызова функции.

3. Поле для формальных параметров используется вызывающей функцией для передачи параметров вызываемой функции.

4. Поле возвращаемого значения используется вызываемой функцией для возврата значения вызывающей функции. Возвращаемое значение функции может храниться и в регистре. Если его размер слишком велик для размещения в регистре, то оно размещается в стеке, а значение в регистре будет указывать на него.

В языке С используется так называемое стековое распределение памяти. При каждом вызове функции память для локальных переменных содержится в записи активации для этого вызова. Таким образом, локальные переменные при каждом вызове связываются с новой областью памяти, поскольку при вызове в стек вносится новая запись активации. Более того, значения локальных переменных уничтожаются по окончании активации, т.е. значения локальных переменных становятся недоступны, так как выделенная им память освобождается при удалении записи активации из стека.

Все локальные переменные (класс auto) размещаются в памяти в стеке. Все глобальные и статические переменные размещаются в постоянной памяти в области статических данных (сегмент данных). Регистровые переменные по мере возможности размещаются в регистрах процессора.

Рассмотрим организацию памяти на примере:

int k;

int sumk(int a, int b) {

static int kol = 0;

int s;

kol++;

printf(“Вызов функции номер %d”, kol);

s = a+b;

  return k*s; }

int min(int a, int b) {

if (b<a) a = b;

  return a; }

void main() { int x, y, z, t = 50;

scanf(“%d %d”, &x, &y);

scanf(“%d”, &k);

z = sum(x,y);

printf(“sum * %d = %d”, k, z);

printf(“min = %d”, min(x,y));

k = 2;

printf(“sum * 2 = %d”, sum(10,t));

}

код	код	код
глобальная intk= 0 = 5 статическая intkol= 0 = 1 все константы (символьные и числовые)	глобальная intk= 0 = 5 статическая intkol= 0 = 1 все константы (символьные и числовые)	глобальная intk= 0 = 5 = 2 статическая intkol= 0 = 1 = 2 все константы (символьные и числовые)
вход в main()	вход в main()	вход в main()
не используется (return void)	не используется (return void)	не используется (return void)
не используется (нет параметров)	не используется (нет параметров)	не используется (нет параметров)
int x = мусор =7	int x = мусор =7	int x = мусор =7
int y = мусор =2	int y = мусор =2	int y = мусор =2
int z = мусор= 70	int z = мусор= 70	int z = мусор= 70
int t = 50	int t = 50	int t = 50
вход в sum()	вход в min()	вход в sum()
возврат = 70	возврат = 2	возврат = 120
параметр int a = 7	параметр int a = 7 = 2	параметр int a = 10
параметр int b = 2	параметр int b = 2	параметр int b = 50
int s = мусор = 14		int s = мусор =60