Bố cục bộ nhớ (Stack/Heap/Data)

Khi chạy, bộ nhớ của một chương trình C được chia thành các vùng riêng, mỗi vùng một nhiệm vụ. Cùng một dòng khai báo, biến sẽ “rơi” vào vùng khác nhau tuỳ nó là gì:

#include <stdio.h>

int g_init = 42;     // .data  (global, da khoi tao)
int g_zero;          // .bss   (global, chua khoi tao -> 0)

int main() {         // .text  (ma lenh)
    int x = 5;       // stack  (bien cuc bo)
    printf("%d %d %d\n", g_init, g_zero, x);
    return 0;
}

42 0 5

• ▸.text - mã lệnh & dữ liệu chỉ đọc (gồm chuỗi hằng).
• ▸.data / .bss - biến global/static (đã / chưa khởi tạo).
• ▸Stack - khung hàm & biến cục bộ (tự động).
• ▸Heap - vùng cấp phát động bằng malloc (thủ công).

Đây là phần thú vị nhất. Chọn một ví dụ (xếp từ đơn giản đến phức tạp), rồi bấm Bước tiếp / Lùi để chạy từng dòng và quan sát mỗi vùng bộ nhớ thay đổi: biến cục bộ vào stack, khung hàm được đẩy/pop, malloc tạo khối trên heap, ghi vào .bss… Bấm thẳng vào một dòng mã để nhảy tới bước đó:

• ▸Ví dụ 1 - Toàn cục & cục bộ: thấy .data, .bss và stack.
• ▸Ví dụ 2 - Gọi hàm: khung được đẩy lên rồi pop khi trả về.
• ▸Ví dụ 3 - Heap: malloc xin và free trả bộ nhớ động.
• ▸Ví dụ 4 - Đệ quy: nhiều khung chồng nhau rồi tháo ngược (LIFO).
• ▸Ví dụ 5 - Đủ mọi vùng: gộp tất cả lại trong một chương trình.

Ba vùng này được dựng trước khi main chạy và tồn tại suốt chương trình:

• ▸.text: mã máy + chuỗi hằng - CHỈ ĐỌC (ghi vào → segfault). Vì thế sửa string literal là sai.
• ▸.data: global/static ĐÃ khởi tạo - giá trị nằm sẵn trong file thực thi.
• ▸.bss: global/static CHƯA khởi tạo - OS đặt 0 khi nạp, không tốn dung lượng file.
• ▸Biến static trong hàm cũng nằm ở .data/.bss → sống suốt chương trình.

Mỗi lần gọi hàm, một khung (stack frame) chứa tham số và biến cục bộ được đẩy lên stack; khi hàm trả về, khung đó bị pop và mọi biến trong nó biến mất. Đệ quy cho thấy rõ điều này:

#include <stdio.h>

void dem(int n) {
    if (n == 0) return;
    printf("%d ", n);
    dem(n - 1);        // moi lan goi: them 1 khung tren stack
}

int main() {
    dem(3);            // stack: main -> dem(3) -> dem(2) -> dem(1)
    printf("\n");
    return 0;
}

3 2 1

Khi cần bộ nhớ sống lâu hơn một hàm hoặc kích thước chỉ biết lúc chạy, ta xin trên heap bằng malloc. Khối heap tồn tại tới khi bạn free - không tự biến mất khi hàm trả về:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *p = malloc(sizeof(int));  // xin 4 byte tren HEAP
    *p = 100;
    printf("%d\n", *p);            // 100
    free(p);                       // tra khoi heap lai cho he thong
    return 0;
}

100

• ▸malloc → trả về địa chỉ một khối trên heap; con trỏ giữ địa chỉ đó nằm trên stack.
• ▸Khối heap sống tới khi free (hoặc chương trình kết thúc).
• ▸Quên free = rò rỉ bộ nhớ (memory leak) - chủ đề bài Cấp phát động.