C语言之进程空间---进程空间、数据分布、函数压/出栈

一，进程空间与数据分布

程序，是经源码编译后的可编译文件，可执行文件可以多次被执行，比如我们可以多次打开某个应用。

进程，是程序加载到内存后开始执行、至执行结束，这样的一段时间概念，多次打开的应用，每打开一次都是一个进程，当我们关闭该应用时，该进程也就结束了。

程序是静态概念，而进程是动态/时间概念。



接下来，通过一个程序实例来说明：

include<stdio.h>
int a;     //a为全局变量且未初始化，位于bss区
static int b;    //b为静态变量且未初始化，位于bss区
int c=2;    //c为全局变量、已初始化为2且可读可写，位于rw区
static int d=4;    //d为静态变量、已初始化为4且可读可写，位于rw区
int main()
{
int m=5;    //m为局部变量，位于stack区
static int n=6;
//n为静态变量、已初始化为6，且可读可写，位于rw区
char *p="china";    //p为局部变量，位于stack区
int array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
//array为数组，位于stack区
int *q=(int *)malloc(100);
//malloc动态申请的空间位于heap区
int fun();
}
int fun()
{
int m;    //m为局部变量，位于stack区
static int n;    //n为静态变量、且未初始化，位于bss区
return 0;l
}

二，函数压栈与出栈

1，普通函数

以下面的代码为例，我来展示程序运行时进程空间的数据分布：

#include<stdio.h>
int m=10;
int fun(int a,int b);
int main()
{
int i=4;
int j=5;
m=fun(i,j);
return 0;
}
int fun(int a,int b)
{
int c=0;
c=a+b;
return c;
}

cpu中有三个寄存器，分别为:

eip——指向代码区将要执行的指令，有两种移动方式，分别是“顺序”和“跳转”；

ebp——始终指向栈底；

esp——始终指向栈顶；

接下来，我将逐步以图文结合的方式来分析程序的运行过程：

1，初始状态时，程序尚未运行，栈空间为空、eip指向代码区的第一条指令——int main()，而ebp和esp则指向“内核设置的初始状态。如图所示：



2，程序开始执行main函数的第一条指令时，main函数在栈区建立“main函数栈空间。ebp的地址压栈——被保存到“main函数栈空间”以便结束后返回到初始状态。esp会移动到“main函数栈空间”的栈顶。而此时的ebp也会移动到“main函数栈空间”的栈底。eip指向下一条指令(int =4)。如图所示：



3，main函数栈空间中会开辟一个空间 i，赋值为4。ebp不移动。esp移动到栈顶。eip指向下一条指令(int j=5)。如图所示：



4，main函数栈空间中开辟一个空间 j ,赋值为5。ebp不移动。esp移动到栈顶。eip指向下一条指令( m=fun() )。如图所示：



5，此过程要传递两个参数。这两个参数均保存在“main函数栈空间”中。但却要被“fun函数栈空间”所使用。main函数栈空间中为两个参数a和b开辟空间。传参顺序与代码书写顺序正好相反。j 的值会传给a，而 i 的值会传给b。ebp不移动。esp移动到栈顶。如图所示：



6，此时，main函数栈空间会开辟一个空间来保存fun函数的返回值。然后，main函数栈空间再次开辟一个空间保存fun函数的返回地址，以便fun函数返回时能找到原来的位置。ebp不移动。esp移动到栈顶。如图所示：



7，eip跳转到fun函数的第一条指令( int fun() )。main函数栈空间开辟一个空间用来保存此时ebp的指向位置，即main函数栈空间的栈底地址。这样的话，当fun函数执行完、返回后，ebp能重新回到main函数栈空间的栈底。如图所示：



8，此时，开始构建fun函数栈空间。ebp移动到“fun函数栈空间”的栈底。实际上，由于此时栈内并没有数据，栈底与栈顶处于同一地址，ebp与esp指向重合。eip指向下一条指令(int c=0)。执行这一语句，fun函数栈空间会开辟一个空间C，值为0。ebp不移动。esp移动到栈顶。eip指向下一条指令( c=a+b )。如图所示：



9，此时，main函数栈空间中，a和b的值相加然后赋给C。C值变为9。ebp和esp均不移动。eip指向下一条指令( return 0 )。如图所示：



10,fun函数运行结束，其返回值会传到main函数栈空间的“保存fun函数返回值”的空间中，然后赋值给m。如图所示：



11，fun函数执行完毕。此时有三个任务：

ebp和esp重新指向main函数栈空间的栈底和栈顶，eip只想main函数中将要执行的指令。

fun函数返回到原来地址，继续执行main函数指令。

fun函数栈空间被回收释放

如图所示：



12，main函数返回后，程序执行结束。ebp和esp回到初始状态——内核设置的初始指向地址。main函数栈空间被清空。静态数据区清空。代码区也被清。程序执行结束！