你寫的C語言代碼在內存里是如何布局的?

BSS段,數據段,代碼段
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一個程序本質上都是由 BSS 段、data段、text段三個組成的。這樣的概念在當前的計算機程序設計中是很重要的一個基本概念,而且在嵌入式系統的設計中也非常重要,牽涉到嵌入式系統運行時的內存大小分配,存儲單元占用空間大小的問題。

  • BSS段:在采用段式內存管理的架構中,BSS段(bss segment)通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域。BSS是英文Block Started by Symbol的簡稱。BSS段屬于靜態內存分配。
  • 數據段:在采用段式內存管理的架構中,數據段(data segment)通常是指用來存放程序中已初始化的全局變量的一塊內存區域。數據段屬于靜態內存分配。
  • 代碼段:在采用段式內存管理的架構中,代碼段(text segment)通常是指用來存放程序執行代碼的一塊內存區域。這部分區域的大小在程序運行前就已經確定,并且內存區域屬于只讀。在代碼段中,也有可能包含一些只讀的常數變量,例如字符串常量等。

程序編譯后生成的目標文件至少含有這三個段,這三個段的大致結構圖如下所示:

其中.text即為代碼段,為只讀。.bss段包含程序中未初始化的全局變量和static變量。data段包含三個部分:heap(堆)、stack(棧)和靜態數據區。

  • 堆(heap):堆是用于存放進程運行中被動態分配的內存段,它的大小并不固定,可動態擴張或縮減。當進程調用malloc等函數分配內存時,新分配的內存就被動態添加到堆上(堆被擴張);當利用free等函數釋放內存時,被釋放的內存從堆中被剔除(堆被縮減)
  • 棧(stack):棧又稱堆棧, 是用戶存放程序臨時創建的局部變量,也就是說我們函數括弧“{}”中定義的變量(但不包括static聲明的變量,static意味著在數據段中存放變量)。除此以外,在函數被調用時,其參數也會被壓入發起調用的進程棧中,并且待到調用結束后,函數的返回值也會被存放回棧中。由于棧的先進先出特點,所以棧特別方便用來保存/恢復調用現場。從這個意義上講,我們可以把堆棧看成一個寄存、交換臨時數據的內存區。

當程序在執行時動態分配空間(C中的malloc函數),所分配的空間就屬于heap。其概念與數據結構中“堆”的概念不同。

stack段存放函數內部的變量、參數和返回地址,其在函數被調用時自動分配,訪問方式就是標準棧中的LIFO方式。(因為函數的局部變量存放在此,因此其訪問方式應該是棧指針加偏移的方式,否則若通過push、pop操作來訪問相當麻煩)

data段中的靜態數據區存放的是程序中已初始化的全局變量、靜態變量和常量。

在采用段式內存管理的架構中(比如intel的80x86系統),BSS 段(Block Started by Symbol segment)通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域,一般在初始化時 BSS 段部分將會清零。BSS 段屬于靜態內存分配,即程序一開始就將其清零了。

比如,在C語言之類的程序編譯完成之后,已初始化的全局變量保存在.data 段中,未初始化的全局變量保存在.bss 段中。

在《Programming ground up》里對.bss的解釋為:

There is another section called the .bss. This section is like the data section, except that it doesn’t take up space in the executable.

text和data段都在可執行文件中(在嵌入式系統里一般是固化在鏡像文件中),由系統從可執行文件中加載;而BSS段不在可執行文件中,由系統初始化。

圖引自《C專家編程》

BSS段只保存沒有值的變量,所以事實上它并不需要保存這些變量的映像。運行時所需要的BSS段大小記錄在目標文件中,但BSS段并不占據目標文件的任何空間。

舉個具體的C語言的例子吧:

//main.c
int a = 0; //全局初始化區
char *p1; //全局未初始化區

main()
{
    static int c =0; //全局(靜態)初始化區
    int b; //棧

    char s[] = "abc"; //棧
    char *p2; //棧
    char *p3 = "123456"; //"123456\0"在常量區,p3在棧上。

    p1 = (char *)malloc(10);
    p2 = (char *)malloc(20); //分配得來得10和20字節的區域就在堆區。
}

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