c - 全局和局部变量的内存分配

Question

我了解到全局变量的内存是在程序启动时分配的，而局部变量的内存是在进行函数调用时分配的。

案例一:
我声明了一个大小为 63500000 的全局整数数组，使用的内存为 256 MB
Ideone Link

include <stdio.h>
int a[63500000];
int main()
{
    printf ("This code requires about 250 MB memory\n");
    return 0;
}

案例二:
我在 main() 中声明了一个相同大小的本地整数数组，使用的内存为 1.6 MB
Ideone link

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a[63500000]= {1,5,0};
    printf ("This code requires only 1.6 MB \n");
    //printf ("%d\n", a[0]);
    return 0;
}

案例三:
我在另一个函数中声明了一个相同大小的本地整数数组，使用的内存为 1.6 MB
Ideone Link

#include <stdio.h>
void f()
{
    int a[63500000];
}

int main()
{
    f();
    return 0;
}

请解释为什么使用的内存不同或者我的内存分配概念是错误的？？

Answer 1

首先:ideone的编译器是GCC。

那么，当你编译这个时，GCC 做了什么？:

void foo ()
{
  int a[63500000];
}

gcc -S -O2 foo.c 生成:

foo:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    popl    %ebp
    ret

即没有分配到堆栈上，根本。

数组只是被 GCC 优化掉了，因为它从未被使用过。

GCC 不会对全局执行此操作，因为全局可能在另一个编译单元中使用，因此不确定它是否从未使用过。另外:全局变量不在堆栈上(因为它是全局变量)。

现在，让我们看看当您实际使用本地数组时会发生什么:

int bar (int a, int b, int c)
{
  int f[63500000];
  f[a] = 9;
  f[b] = 7;
  return f[c];
}

情况非常不同:

bar:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    subl    $254000000, %esp
    movl    8(%ebp), %eax
    movl    $9, -254000000(%ebp,%eax,4)
    movl    12(%ebp), %eax
    movl    $7, -254000000(%ebp,%eax,4)
    movl    16(%ebp), %eax
    movl    -254000000(%ebp,%eax,4), %eax
    leave
    ret

这一行:subl $254000000, %esp对应数组的大小。即内存是在堆栈上分配的。

现在，如果我尝试在程序中使用 bar 函数会怎样:

int bar (int a, int b, int c)
{
  int f[63500000];
  f[a] = 9;
  f[b] = 7;
  return f[c];
}

int main (void)
{
  return bar (0, 0, 0);
}

我们已经看到，bar 函数在堆栈上分配了 250 兆字节左右的空间。在我的默认 GNU/Linux 安装中，堆栈大小限制为 8MB。所以当程序运行时，会导致“Segmentation fault”。如果需要，我可以通过在 shell 中执行以下命令来增加它:

ulimit -s 1000000 #i.e. allow stack size to grow close to 1GB

然后我就可以运行程序了，果然可以运行。

在 ideone 网站上失败的原因是他们在执行程序时限制了堆栈大小(他们应该这样做，否则恶意用户可能会搞砸他们的系统)。