C言語、関数ごとのメモリについて

Question

C言語を勉強し初めて１ヶ月ほどの者です。
関数に値を渡すときには、参照渡し、値渡しの２パターンが存在しますよね。
例えばint a = 3; add(a)とすると関数addに対してaのコピーが渡されるはずです。
私はてっきり同じプログラム内(例えばadd.c)内では同じメモリを(振り分けなどせず)使用しているのかと思っていましたが
このことからadd関数とmain関数メモリというのはさらに別々にメモリを振り分けられているのでは？と思いました。
自分で調べた範囲ですが、OS(というよりカーネル？)はプロセスという単位でユーザーモードのプログラムを実行しており(つまりカーネルはプロセス単位でメモリを振り分けている)さらにそのプログラム(例でいうところのadd.c)の中でのメモリ配分をプロセスが管理している...という風に解釈しました。
もしもそうならば、C言語(OS？)はプログラム(プロセス)の中で関数ごとにさらにメモリを配分しているのでしょうか？
また、このことについて調べていて疑問に思ったのが、「ユーザーモードのプログラムをプロセスという単位で実行している」ここでのプログラムというのがどこまでを指しているのかがわかりません。コンパイラが出力した「a.out」や、ターミナルのlsコマンド(これもプログラムだということは知りました)は含まれると思いますが、例えばrubyなどで書いたプログラムは、OSが提供している関数?を組み合わせているそうですが、その場合それらの関数もプログラムで、その度にプロセスが生み出されているのでしょうか？
まとまりのない文章になってしまったかもしれませんが、わかるかたがいらっしゃったら教えてください。よろしくお願いします。

Answer 1

説明してあげたいのですが、rm11_jさんの基礎知識がまだ不足しています。

物理メモリと論理メモリ
仮想メモリ、ページング
スタック、静的領域、ヒープ

あたりを読んで理解してからもう一度質問してください。

Answer 2

プロセスで使用可能なメモリをどのように管理するかはそれぞれのアプリケーションで違います。

関数を呼び出した時のメモリの使い方を定めたものを呼出規約と言い、次のように様々なものがあるので目を通してください。

呼出規約 - Wikipedia

特に cdecl については、C 言語の関数呼び出しがどのようにコンパイルされるかが書いてあるので注目して読んでみてください。
引数を後ろから順番にスタック領域に保存(プッシュ)し、更に現在実行中のアドレスをプッシュしてから呼び出し先にジャンプします。
これにより、各引数はスタック領域と呼ばれる領域に存在することになります。
また関数終了時にはそれらを破棄します。
そのため、関数の中から関数を呼び出すことを繰り返すことによってスタック領域が解放されないままどんどん消費されていき、限界を超えるとスタックオーバーフローというエラーが発生します。

cdecl でスタックオーバーフローを引き起こす関数は次のように簡単に作れます。

int main(int ARGC, char* ARGV[]) {
    main(0, NULL);
}

無限の main 呼び出しで、引数である 0 と NULL そして main 関数のアドレスが無限にスタックを消費するため、破壊してはならないメモリを破壊しないよう、途中で停止してエラーメッセージを出します。

Answer 3

Cの言語仕様はメモリの使い方を一切規定していません。要は「コンパイラ製作者の勝手」です。

Comments

[sazi]

回答がそれで終わっては、質問者が混乱を招くだけだと思いますが。

Answer 4

一般的なPCやコンパイラでは、スタックというメモリ管理法をとってまして、この仕組の上でうまいこと関数ごとのメモリ管理を行ってます

ということで、ここらへんのキーワードで調べてみてはどうでしょう。

Answer 5

プログラム(プロセス)の中で関数ごとにさらにメモリを配分

コンパイル(ビルド/リンク)時の指定で分けるようにしてあれば、そうなりますが、一般的は同じメモリ(メモリ空間)に置かれます。

add(a)とすると関数addに対してaのコピーが渡される

同じ空間内の別の場所にコピーが置かれるだけ。もっとも一つくらいだと、レジスタに割り当てられるかも。