重学c语言系列四--变量在内存中的布局(二)

接着上篇文章，我们大致了解内存被分成几个部分之后，就实际实验一下吧，我拿前面说过的变量文章里的例子代码：

#include<stdio.h>
#define YES 1

//extern int extern_var ;
extern reall_extern_var ;
int golbal_var=3;
int golbao_var2;
int main()
{
//extern int extern_var ;
printf("extern var is:%d and its address is:%x\n",reall_extern_var,&reall_extern_var);

int auto_x=15,i=10;

//printf("%d, %d\n",&YES);
printf("%x\n",&auto_x);

static int static_var;
printf("%x\n",&static_var);

register int reg_var=0;
for(i=0; i<10; ++i){
reg_var++;
//	printf("%d",®_var); 寄存器变量没有地址
}

return 0;
}

不同的是，这次在代码中用printf语句输出一些变量的地址，便于我们分析印证

首先，不急于看可执行文件的结果，我们到汇编层面看一下，我们写的要被编译器怎么处理，处理成什么样？

说明：因为要学习ios开发，目前的环境是mac 10.9，采用otool对可执行文件进行反汇编的，在linux下可以用objdump达到类似的效果，为什么要反汇编？直接gcc生成的汇编代码实在是太难以阅读了....

结果如下：这里先列出来的是代码段

命令：otool -tV <可执行文件> > ans 参数t表示text段，> ans 是把结果重定向到ans的文本文件中.

relearn:
(__TEXT,__text) section
_main:
0000000100000ea0	pushq	%rbp
0000000100000ea1	movq	%rsp, %rbp
0000000100000ea4	subq	$0x20, %rsp
0000000100000ea8	leaq	0xbb(%rip), %rdi ## literal pool for: "extern var is:%d and its address is:%x
"
0000000100000eaf	leaq	_reall_extern_var(%rip), %rax
0000000100000eb6	movl	$0x0, -0x4(%rbp)
0000000100000ebd	movl	(%rax), %esi
0000000100000ebf	movq	%rax, %rdx
0000000100000ec2	movb	$0x0, %al
0000000100000ec4	callq	0x100000f48 ## symbol stub for: _printf
0000000100000ec9	leaq	0xc2(%rip), %rdi ## literal pool for: "%x
"
0000000100000ed0	leaq	-0x8(%rbp), %rsi
0000000100000ed4	movl	$0xf, -0x8(%rbp)
0000000100000edb	movl	$0xa, -0xc(%rbp)
0000000100000ee2	movl	%eax, -0x14(%rbp)
0000000100000ee5	movb	$0x0, %al
0000000100000ee7	callq	0x100000f48 ## symbol stub for: _printf
0000000100000eec	leaq	0x9f(%rip), %rdi ## literal pool for: "%x
"
0000000100000ef3	leaq	_main.static_var(%rip), %rsi
0000000100000efa	movl	%eax, -0x18(%rbp)
0000000100000efd	movb	$0x0, %al
0000000100000eff	callq	0x100000f48 ## symbol stub for: _printf
0000000100000f04	movl	$0x0, -0x10(%rbp)
0000000100000f0b	movl	$0x0, -0xc(%rbp)
0000000100000f12	movl	%eax, -0x1c(%rbp)
0000000100000f15	cmpl	$0xa, -0xc(%rbp)
0000000100000f1c	jge	0x100000f3d
0000000100000f22	movl	-0x10(%rbp), %eax
0000000100000f25	addl	$0x1, %eax
0000000100000f2a	movl	%eax, -0x10(%rbp)
0000000100000f2d	movl	-0xc(%rbp), %eax
0000000100000f30	addl	$0x1, %eax
0000000100000f35	movl	%eax, -0xc(%rbp)
0000000100000f38	jmpq	0x100000f15
0000000100000f3d	movl	$0x0, %eax
0000000100000f42	addq	$0x20, %rsp
0000000100000f46	popq	%rbp
0000000100000f47	ret

这是AT & T风格的汇编，和很早在组成原理课上学的x86 汇编有一些区别，不过对我来说都是一样(那些语法早就忘记了)

不过慢慢研究，还是会弄明白的，为了不一开始就看着头晕，我们要弄明白一些符号的意思

%号开头的一搬表示的都是一个寄存器，exx表示是32位寄存器，rxx表示64位寄存器，$开始表示一个立即数，0x表示16进制....

第一行是 pushq %rbp， push是一个压栈指令，把rbp寄存器的值压入栈中，bp寄存器里保存的是帧指针，看下图：


图片来源：某博客

上一篇提到的内存中栈那部分是由一块块栈帧构成的，栈帧大小不固定,而第一句指令是把之前的的帧指针压入栈，为了我们写的程序完成后能够继续之前的程序

movq %rsp, %rbp, 注意和x86汇编不同的是，指令第一个操作数是源操作数，第二个数是目标操作数。sp是栈指针，是会动态变化的，我们push之后，sp的值就变化了

而bp一般是不变的，把sp的值给bp，是建立新的帧(函数帧)

第3行，subq $0x20, %rsp, 因为栈的生成方向从高地址到低地址，sp向下偏移32个字节，是为函数分配局部变量，而main中的局部变量，只有几个int，很明显不需要32个字节

这么大，这是为了内存对齐，我们知道对齐一般都是2的多少次方，虽然内存中是一个字节一个字节储存，但是将数据从内存转移到其它地方，却是一块一块(因为这样有效率)，提高了转移速度，现在的cpu也是一次运算多个字节，提高运算速度和精度，我们所说的32位或者64位机器，指的就是字长，是cpu一次处理的数据的长度，32位就是4个字节，64位就是8个字节，通常也是一般寄存器的保存数据长度和数据总线的位数相等。

我本人的操作系统式64位，但这里是偏移了32位，不能说就是按照32位来对齐，我减少定义的数据数量，最后main什么局部变量都没有，还是偏移了16，那就是按照16字节来对齐的。

然后，为什么需要内存对齐，假设一个int存放在 0xFFFFFF01~0xFFFFF04四个字节，第一次读取0xFFFFFF00-0xFFFFFF03四个字节，取后3个字节，然后读0xFFFFFF04-0xFFFFFF07,取第一个字节，两次的数据进行合并，才能取到一个int，如果数据进行过对齐，那么只需要一个内存周期，就能取到所有数据，内存一般不能从任意位置读取的，

对某些特定类型数据必须从特定地址开始。