C语言的代码内存布局详解

 

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。

 

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。

//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"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。
}