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  • BSS段、数据段、代码段、堆与栈

    BSS段: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: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:代码段(code segment/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,并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序。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。
    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。
    【例一】
    用cl编译两个小程序如下:
    程序1:
    int ar[30000];
    void main()
    {
        ......
    }
    程序2:
    int ar[300000] =  {1, 2, 3, 4, 5, 6 };
    void main()
    {
        ......
    }
    发现程序2编译之后所得的.exe文件比程序1的要大得多。当下甚为不解,于是手工编译了一下,并使用了/FAs编译选项来查看了一下其各自的.asm,发现在程序1.asm中ar的定义如下:
    _BSS SEGMENT
         ?ar@@3PAHA DD 0493e0H DUP (?)    ; ar
    _BSS ENDS
    而在程序2.asm中,ar被定义为:
    _DATA SEGMENT
         ?ar@@3PAHA DD 01H     ; ar
                    DD 02H
                    DD 03H
                    ORG $+1199988
    _DATA ENDS
    区别很明显,一个位于.bss段,而另一个位于.data段,两者的区别在于:全局的未初始化变量存在于.bss段中,具体体现为一个占位符;全局的已初始化变量存于.data段中;而函数内的自动变量都在栈上分配空间。.bss是不占用.exe文件空间的,其内容由操作系统初始化(清零);而.data却需要占用,其内容由程序初始化,因此造成了上述情况。
    【例二】
    编译如下程序(test.cpp):
    #include <stdio.h>
    #define LEN 1002000
    int inbss[LEN];
    float fA;
    int indata[LEN]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    double dbB = 100.0;
    const int cst = 100;
    int main(void)
    {
        int run[100] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
        for(int i=0; i<LEN; ++i)
            printf("%d ", inbss[i]);
        return 0;
    }
    命令:cl /FA  test.cpp 回车 (/FA:产生汇编代码)
    产生的汇编代码(test.asm):
        TITLE    test.cpp
        .386P
    include listing.inc
    if @Version gt 510
    .model FLAT
    else
    _TEXT    SEGMENT PARA USE32 PUBLIC 'CODE'
    _TEXT    ENDS
    _DATA    SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'DATA'
    _DATA    ENDS
    CONST    SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'CONST'
    CONST    ENDS
    _BSS    SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'BSS'
    _BSS    ENDS
    _TLS    SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'TLS'
    _TLS    ENDS
    FLAT    GROUP _DATA, CONST, _BSS
        ASSUME    CS: FLAT, DS: FLAT, SS: FLAT
    endif
    PUBLIC    ?inbss@@3PAHA                    ; inbss
    PUBLIC    ?fA@@3MA                    ; fA
    PUBLIC    ?indata@@3PAHA                    ; indata
    PUBLIC    ?dbB@@3NA                    ; dbB
    _BSS    SEGMENT
    ?inbss@@3PAHA DD 0f4a10H DUP (?)            ; inbss
    ?fA@@3MA DD    01H DUP (?)                ; fA
    _BSS    ENDS
    _DATA    SEGMENT
    ?indata@@3PAHA DD 01H                    ; indata
        DD    02H
        DD    03H
        DD    04H
        DD    05H
        DD    06H
        DD    07H
        DD    08H
        DD    09H
        ORG $+4007964
    ?dbB@@3NA DQ    04059000000000000r        ; 100    ; dbB
    _DATA    ENDS
    PUBLIC    _main
    EXTRN    _printf:NEAR
    _DATA    SEGMENT
    $SG537    DB    '%d ', 00H
    _DATA    ENDS
    _TEXT    SEGMENT
    _run$ = -400
    _i$ = -404
    _main    PROC NEAR
    ; File test.cpp
    ; Line 13
        push    ebp
        mov    ebp, esp
        sub    esp, 404                ; 00000194H
        push    edi
    ; Line 14
        mov    DWORD PTR _run$[ebp], 1
        mov    DWORD PTR _run$[ebp+4], 2
        mov    DWORD PTR _run$[ebp+8], 3
        mov    DWORD PTR _run$[ebp+12], 4
        mov    DWORD PTR _run$[ebp+16], 5
        mov    DWORD PTR _run$[ebp+20], 6
        mov    DWORD PTR _run$[ebp+24], 7
        mov    DWORD PTR _run$[ebp+28], 8
        mov    DWORD PTR _run$[ebp+32], 9
        mov    ecx, 91                    ; 0000005bH
        xor    eax, eax
        lea    edi, DWORD PTR _run$[ebp+36]
        rep stosd
    ; Line 15
        mov    DWORD PTR _i$[ebp], 0
        jmp    SHORT $L534
    $L535:
        mov    eax, DWORD PTR _i$[ebp]
        add    eax, 1
        mov    DWORD PTR _i$[ebp], eax
    $L534:
        cmp    DWORD PTR _i$[ebp], 1002000        ; 000f4a10H
        jge    SHORT $L536
    ; Line 16
        mov    ecx, DWORD PTR _i$[ebp]
        mov    edx, DWORD PTR ?inbss@@3PAHA[ecx*4]
        push    edx
        push    OFFSET FLAT:$SG537
        call    _printf
        add    esp, 8
        jmp    SHORT $L535
    $L536:
    ; Line 17
        xor    eax, eax
    ; Line 18
        pop    edi
        mov    esp, ebp
        pop    ebp
        ret    0
    _main    ENDP
    _TEXT    ENDS
    END
     ----------------------------------------
    通过汇编文件可以看到,数组inbss和indata位于不同的段(inbss位于bss段,而indata位于data段)
    若把test.cpp中的indata数组拿掉,查看生成的exe文件的大小,可以发现,indata拿掉之后exe文件的大小小了很多。而若拿掉的是inbss数组,exe文件大小跟没拿掉时相差无几。
    说明了:
    bss段(未手动初始化的数据)并不给该段的数据分配空间,只是记录数据所需空间的大小。
    data(已手动初始化的数据)段则为数据分配空间,数据保存在目标文件中。
    数据段包含经过初始化的全局变量以及它们的值。BSS段的大小从可执行文件中得到 ,然后链接器得到这个大小的内存块,紧跟在数据段后面。当这个内存区进入程序的地址空间后全部清零。包含数据段和BSS段的整个区段此时通常称为数据区。
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