C語言的代碼內存布局詳解

 

 

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段屬於靜態內存分配。
• 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。數據段屬於靜態內存分配。
• 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，並且內存區域屬於只讀。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）：堆是用於存放進程運行中被動態分配的內存段，它的大小並不固定，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意味着在數據段中存放變 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，並且待到調用結束后，函數的返回值也會被存放回棧中。由於棧的先進先出特點，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），所分配的空間就屬於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，訪問方式就是標准棧中的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 段屬於靜態內存分配，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。

 

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，所以事實上它並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段並不占據目標文件的任何空間。

//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。
}