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编译器初始化全局变量，并分配虚拟内存
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问题：
全局变量arr占用100MB空间，arr存放在静态存储区，当程序运行的时候，占用的内存竟然只有几百KB，难道arr没有占用内存？
解释：
执行文件的大小
例程1、2、3、4可以证明：
数据段保存在目标文件中。
BSS段不保存在目标文件中（除了记录BSS段在运行时所需要的大小）。
该结论引自《C专家编程》6.2节。
执行文件的大小 = BSS段 + 数据段 + 文本段 + 其他。
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例程 |
执行文件大小 |
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7376Byte = 7.2KB |
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140865010Byte = 134.3MB |
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7415Byte=7.2KB |
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140865045Byte = 134.3MB |
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初始化 |
执行文件大小 |
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没有显示初始化 |
7376Byte = 7.2KB |
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显示初始化 |
140865010Byte = 134.3MB |
什么时候初始化？
1. 手动初始化
编译时根据赋值进行初始化，存储在数据段
2. 默认初始化
编译时初始化，只是记录其大小，存储在BSS段
BSS段的值全是0，由此可见为什么默认初始化int是0，char是空了。对于内部类型和枚举默认初始化是0.
什么时候分配内存？
编译完，全局变量占用的空间就分配好了。
编译器给arr[100 * 1024 * 1024]分配的虚拟内存：
0x804a040
…………
0xe44a03f
结合例程5和例程6的结果可知，无论是否显示初始化，编译后全局变量的内存都分配好了，都是虚拟内存。
为什么程序开始运行时的内存是0.5MB而不是100MB？
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例程 |
是否使用全局变量arr |
进程占用内存 |
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不使用 |
0.5MB |
|
|
0.5MB |
||
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在main方法中使用全局变量arr memset(arr,1,100*1024*1024) |
100.85MB |
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100.85MB |
TODO:下面的论述都是跟同学讨论，上网查找的结果，没有经过权威验证。
关于虚拟内存管理请查看：Linux C编程一站式学习----虚拟内存管理
程序开始运行时，并不会真的把静态存储区全部载入实际内存，只把一部分虚拟内存映射到了实际内存，所以没有访问全局变量arr的时候，进程实际占用内存只有几百KB。当访问全局变量的时候，操作系统才会把这一部分虚拟内存地址映射到实际内存，进程实际占用内存才会到达100多MB。
也就是说编译器给全局变量分配的虚拟内存，而我们看到的进程占用的实际内存。
总结：
根据实验可知，全局变量确实是在编译时，初始化和分配虚拟内存。只不过一些实现细节对我们透明了。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
实验：
环境
FC18
GCC
例程1 没有显示初始化
源码：
#include <unistd.h>
char arr[100 *1024 *1024];//声明了100MB空间,没有显示初始化
intmain(intargc,char*argv[])
{
while(1)
{
sleep(1);
}
return0;
}
汇编：
.file "test_uninitialized.cpp"
.globlarr
.bss #未初始化
.align 32
.type arr, @object
.size arr, 104857600
arr:
.zero 104857600
.text
.globlmain
.type main, @function
main:
..............
结果：
运行时占用的内存：
内存总共大小：508740KB /1024 = 497MB 约为 512MB
进程占用内存：508740KB * 0.001 = 508.74KB /1024 = 0.5MB
分析：
test_uni的大小为7376字节。
bss段是未初始化的全局变量存储区。100 * 1024 * 1024 = 104857600字节。
例程2 显示初始化
源码：
#include <unistd.h>
char arr[100 *1024 *1024]={'a'};//显示初始化
int main(int argc,char*argv[])
{
while(1)
{
sleep(1);
}
return0;
}
汇编：
.file "test_initialized.cpp"
.globlarr
.data #需要初始化
.align 32
.type arr, @object
.size arr, 104857600
arr:
.byte 97
.zero 104857599
.text
.globlmain
.type main, @function
main:
..............
结果：
运行时占用的内存：
内存总共大小：508740KB /1024 = 497MB 约为 512MB
进程占用内存：508740KB * 0.001 = 508.74KB /1024 = 0.5MB
例程3 没有显示初始化，在main方法中使用全局变量
源码：
#include <unistd.h>
#include <string.h>
char arr[100*1024*1024]; //声明了100MB空间,没有显示初始化
int main(int argc,char*argv[])
{
memset(arr,1,100*1024*1024); //给arr数组全赋值为1
while(1)
{
sleep(1);
}
return0;
}
汇编：
.file "test_uninitialized2.cpp"
.globlarr
.bss
.align 32
.type arr, @object
.size arr, 104857600
arr:
.zero 104857600
.text
.globlmain
.type main, @function
main:
..............
结果：
与例程1的结果相比，没有多少差别。
运行时占用的内存：
内存总共大小：508740KB /1024 = 497MB 约为 512MB
进程占用内存：508740KB * 0.203 = 103274.22KB /1024 = 100.85MB
例程4 显示初始化，在main方法中使用全局变量
源码：
#include <unistd.h>
#include <string.h>
char arr[100*1024*1024]={'a'};//声明了100MB空间,显示初始化
int main(int argc,char*argv[])
{
memset(arr,1,100*1024*1024); //给arr数组全赋值为1
while(1)
{
sleep(1);
}
return0;
}
汇编：
.file "test_initialized2.cpp"
.globlarr
.data
.align 32
.type arr, @object
.size arr, 104857600
arr:
.byte 97
.zero 104857599
.text
.globlmain
.type main, @function
main:
..............
结果：
与例程2的结果相比，没有多少差别。
运行时占用的内存：
内存总共大小：508740KB /1024 = 497MB 约为 512MB
进程占用内存：508740KB * 0.203 = 103274.22KB /1024 = 100.85MB
例程5 没有显示初始化，打印虚拟内存地址
源码：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
char arr[100*1024*1024];
int main(int argc,char*argv[])
{
printf("address of arr[0] = %p ",&arr[0]);
printf("address of arr[100 * 1024 * 1024 - 1] = %p ",&arr[100*1024*1024-1]);
while(1)
{
sleep(1);
}
return0;
}
结果：
arr[100 * 1024 * 1024]的内存分布：
0x804a040
…………
0xe44a03f
上述空间为100MB
查看虚拟内存地址：
08048000-08049000
08049000-0804a000
0804a000-0804b000
0804b000-0e44b000// 100MB空间
最后两段是数据段，其中红色是BSS段
例程6 显示初始化，打印虚拟内存地址
源码：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
char arr[100*1024*1024]={'a'};
int main(int argc,char*argv[])
{
printf("address of arr[0] = %p ",&arr[0]);
printf("address of arr[100 * 1024 * 1024 - 1] = %p ",&arr[100*1024*1024-1]);
while(1)
{
sleep(1);
}
return0;
}
结果：
与例程5的内存地址一样！！神奇地证明了进程中使用的内存地址都是虚拟的。
arr[100 * 1024 * 1024]的内存分布：
0x804a040
…………
0xe44a03f
上述空间为100MB
查看虚拟内存地址：
08048000-08049000
08049000-0804a000
0804a000-0e44b000// 约为100 MB空间
最后一段是数据段，不同的是例程6没有BSS段