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理解程序內存一文中我們介紹了普通程序運行時在內存中的布局，下面我們專門針對C++源代碼以WinDbg為工具分析下C++程序的變量存儲模型, 要理解下面的知識，請先看懂
理解程序內存一文。
下面我們嘗試分析C++變量的存儲模型, 我們的測試程序非常簡單:
#include <iostream>using namespace std;const char* global_const_string = "hello world";
int global_int = 20;
static int global_static_int = 30;
int main()
{
static int local_static_int = 100;
int local_int = 200;
int* pValue = new int(300);
cout << global_const_string << global_int
<< global_static_int << local_static_int
<< local_int << *pValue;
delete pValue;
system("pause");
return 0;
}
可以看到我們上面對程序雖然簡單，但是基本包括了所有的變量類型,包括靜態的，常量的，全局的，本地的，還有new出來的，下面我們依次分析每個變量所屬的存儲區域。
我們直接用WinDbg以源碼的方式調試我們的測試程序consoleTest.exe.
首先我們分析下consoleTest.exe模塊的起始地址及內部數據節的分布情況, 通過!address命令:
* 400000 401000 1000 MEM_IMAGE MEM_COMMIT PAGE_READONLY Image "ConsoleTest.exe"
|- 401000 41d000 1c000 MEM_IMAGE MEM_COMMIT PAGE_EXECUTE_READ Image "ConsoleTest.exe"
|- 41d000 422000 5000 MEM_IMAGE MEM_COMMIT PAGE_READONLY Image "ConsoleTest.exe"
|- 422000 426000 4000 MEM_IMAGE MEM_COMMIT PAGE_WRITECOPY Image "ConsoleTest.exe"
|- 426000 427000 1000 MEM_IMAGE MEM_COMMIT PAGE_READONLY Image "ConsoleTest.exe"
可以看到consoleTest.exe模塊在內存中的起始地址是0x400000, 接下來可以通過!dh 0x400000分析它內部的數據節分布, 并且最終我們可以得出如下結論:
地址 400000 - 401000 : PE文件頭，屬性是只讀
地址 401000 - 41d000 : .text, 屬性是只讀可執行，表示代碼節
地址 41d000 - 422000 : .rdata, 屬性是只讀， 表示只讀數據
地址 422000 - 426000 : .data, 屬性是寫入時拷貝，表示可讀寫數據
地址 426000 - 427000 : .rsrc, 屬性是只讀，表示資源節
通過!address -f:stack命令我們可以看到:
0:000> !address -f:stack
BaseAddr EndAddr+1 RgnSize Type State Protect Usage
-------------------------------------------------------------------------------------------
40000 13d000 fd000 MEM_PRIVATE MEM_RESERVE Stack [8b0.1d0; ~0]
13d000 13e000 1000 MEM_PRIVATE MEM_COMMIT PAGE_READWRITE|PAGE_GUARD Stack [8b0.1d0; ~0]
13e000 140000 2000 MEM_PRIVATE MEM_COMMIT PAGE_READWRITE Stack [8b0.1d0; ~0]
可以看到我們主線程的堆棧起始地址是: 13e000 - 140000
接下來我們首先分析所有全局變量的存儲區域, 通過x consoletest!global*命令，讓調試器列出所有在consoletest模塊中global開頭的調試符號:
0:000> x consoletest!global*
00422000 ConsoleTest!global_const_string = 0x0041d1dc "hello world"
00422004 ConsoleTest!global_int = 0n20
00422008 ConsoleTest!global_static_int = 0n30
004238a0 ConsoleTest!global_locale = 0x00000000
通過分析我們可以看到我們的3個全局變量global_const_string, global_int, global_static_int全都分布在422000 - 426000之間的.data可讀寫數據節中。
而global_const_string所指向的內容
則分布在41d000 - 422000 之間的.rdata只讀數據節中，這個結論也符合我們平時關于全局變量存儲區域的理解。
下面我們再嘗試分析局部變量的存儲區域，再main函數內部cout的地方設置斷點，然后讓程序運行到此， 然后輸入dv /t /i /v命令查看所有局部變量, 可以看到
0:000> dv /t /i /v
prv local 0042200c int local_static_int = 0n100
prv local 0013ff70 int local_int = 0n200
prv local 0013ff74 int * pValue = 0x02248ff8
我們可以看到local_static_int也分布在422000 - 426000之間的.data可讀寫數據節中, 而local_int和pValue則都存儲在
13e000 - 140000之間的堆棧區域上。
而指針pValue所指向的地址0x02248ff8我們可以通過!address 0x02248ff8命令來分析， 結果是:
0:000> !address 0x02248ff8
Usage: Heap
Allocation Base: 021d0000
Base Address: 02248000
End Address: 02249000
Region Size: 00001000
Type: 00020000 MEM_PRIVATE
State: 00001000 MEM_COMMIT
Protect: 00000004 PAGE_READWRITE
More info: !heap -p 0x21d1000
More info: !heap -p -a 0x2248ff8
可以看到地址
0x02248ff8是在堆(heap)上面。
通過上面的分析，我們驗證了平時C++書上關于各種類型變量存儲區域的假設，簡單來說就是全局變量和靜態變量會被編譯到可執行文件的數據節(分只讀和可讀寫)中, 非靜態的局部變量則分配在堆棧(stack)上，而new(malloc)出來的內存則分配在堆(heap)上。
posted on 2012-09-20 21:57
Richard Wei 閱讀(2470)
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C++