你写的C语言代码在内存里是如何布局的?

BSS段,数据段,代码段
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一个程序本质上都是由 BSS 段、data段、text段三个组成的。这样的概念在当前的计算机程序设计中是很重要的一个基本概念,而且在嵌入式系统的设计中也非常重要,牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配,存储单元占用空间大小的问题。

  • BSS段:在采用段式内存管理的架构中,BSS段(bss segment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。
  • 数据段:在采用段式内存管理的架构中,数据段(data segment)通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。
  • 代码段:在采用段式内存管理的架构中,代码段(text segment)通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且内存区域属于只读。在代码段中,也有可能包含一些只读的常数变量,例如字符串常量等。

程序编译后生成的目标文件至少含有这三个段,这三个段的大致结构图如下所示:

其中.text即为代码段,为只读。.bss段包含程序中未初始化的全局变量和static变量。data段包含三个部分:heap(堆)、stack(栈)和静态数据区。

  • 堆(heap):堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段,它的大小并不固定,可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时,新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张);当利用free等函数释放内存时,被释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)
  • 栈(stack):栈又称堆栈, 是用户存放程序临时创建的局部变量,也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量(但不包括static声明的变量,static意味着在数据段中存放变量)。除此以外,在函数被调用时,其参数也会被压入发起调用的进程栈中,并且待到调用结束后,函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲,我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

当程序在执行时动态分配空间(C中的malloc函数),所分配的空间就属于heap。其概念与数据结构中“堆”的概念不同。

stack段存放函数内部的变量、参数和返回地址,其在函数被调用时自动分配,访问方式就是标准栈中的LIFO方式。(因为函数的局部变量存放在此,因此其访问方式应该是栈指针加偏移的方式,否则若通过push、pop操作来访问相当麻烦)

data段中的静态数据区存放的是程序中已初始化的全局变量、静态变量和常量。

在采用段式内存管理的架构中(比如intel的80x86系统),BSS 段(Block Started by Symbol segment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域,一般在初始化时 BSS 段部分将会清零。BSS 段属于静态内存分配,即程序一开始就将其清零了。

比如,在C语言之类的程序编译完成之后,已初始化的全局变量保存在.data 段中,未初始化的全局变量保存在.bss 段中。

在《Programming ground up》里对.bss的解释为:

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段都在可执行文件中(在嵌入式系统里一般是固化在镜像文件中),由系统从可执行文件中加载;而BSS段不在可执行文件中,由系统初始化。

图引自《C专家编程》

BSS段只保存没有值的变量,所以事实上它并不需要保存这些变量的映像。运行时所需要的BSS段大小记录在目标文件中,但BSS段并不占据目标文件的任何空间。

举个具体的C语言的例子吧:

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

main()
{
    static int c =0; //全局(静态)初始化区
    int b; //栈

    char s[] = "abc"; //栈
    char *p2; //栈
    char *p3 = "123456"; //"123456\0"在常量区,p3在栈上。

    p1 = (char *)malloc(10);
    p2 = (char *)malloc(20); //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
}

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