[转]C程序内存区域分配(5个段作用)

 

参考：

http://www.360doc.com/content/11/0330/21/1317564_105977930.shtml
http://hi.baidu.com/bitcore/blog/item/77c521c65f4512d7d10060eb.html
http://apps.hi.baidu.com/share/detail/22734757
http://my.oschina.net/alphajay/blog/3870

一、C语言可执行代码结构

名称	内容
代码段	可执行代码、字符串常量
数据段	已初始化全局变量、已初始化全局静态变量、局部静态变量、常量数据
BSS段	未初始化全局变量，未初始化全局静态变量
栈	局部变量、函数参数
堆	动态内存分配

        一般情况下，一个可执行二进制程序(更确切的说，在Linux操作系统下为一个进程单元，在UC/OSII中被称为任务)在存储(没有调入到内存运行)时拥有3个部分，分别是代码段(text)、数据段(data)和BSS段。这3个部分一起组成了该可执行程序的文件。

        (1)代码段(text segment)：存放CPU执行的机器指令。通常代码段是可共享的，这使得需要频繁被执行的程序只需要在内存中拥有一份拷贝即可。代码段也通常是只读的，这样可以防止其他程序意外地修改其指令。另外，代码段还规划了局部数据所申请的内存空间信息。

        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。

        (2)数据段(data segment)：或称全局初始化数据段/静态数据段(initialized data segment/data segment)。该段包含了在程序中明确被初始化的全局变量、静态变量(包括全局静态变量和局部静态变量)和常量数据。

        (3)未初始化数据段：亦称BSS(Block Started by Symbol)。该段存入的是全局未初始化变量、静态未初始化变量。

        而当程序被加载到内存单元时，则需要另外两个域：堆域和栈域。图1-1所示为可执行代码存储态和运行态的结构对照图。一个正在运行的C程序占用的内存区域分为代码段、初始化数据段、未初始化数据段(BSS)、堆、栈5个部分。

图1-1  C语言可执行代码结构

      (4)栈段(stack)：存放函数的参数值、局部变量的值，以及在进行任务切换时存放当前任务的上下文内容。

      (5)堆段(heap)：用于动态内存分配，即使用malloc/free系列函数来管理的内存空间。

     在将应用程序加载到内存空间执行时，操作系统负责代码段、数据段和BSS段的加载，并将在内存中为这些段分配空间。栈段亦由操作系统分配和管理，而不需要程序员显示地管理；堆段由程序员自己管理，即显示地申请和释放空间。

    另外，可执行程序在运行时具有相应的程序属性。在有操作系统支持时，这些属性页由操作系统管理和维护。

二、例子演示，代码段、数据段和BSS段存储变量类型

#include <stdio.h>
const int    g_A       = 10;            //代码段
int            g_B       = 20;            //数据段
static int    g_C       = 30;            //数据段
static int    g_D;                    //BSS段
int            g_E;                    //BSS段
char        *p1;                    //BSS段

void main( )
{
    int            local_A;            //栈
    static int    local_C = 0;        //数据段
    static int    local_D;            //数据段
    
    char        *p3 = "123456";     //123456在代码段，p3在栈上

    p1 = (char *)malloc( 10 );      //堆，分配得来得10字节的区域在堆区
    strcpy( p1, "123456" );         //123456{post.content}放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向 的"123456"优化成一块
    printf("\n");
    printf( "代码段,全局初始化变量, 只读const,  g_A,     addr:0x%08x\n", &g_A);
    printf("\n");
    printf( "数据段,全局变量,       初始化      g_B,     addr:0x%08x\n", &g_B);
    printf( "数据段,静态全局变量,   初始化,     g_C,     addr:0x%08x\n", &g_C);
    printf("\n");
    printf( "BSS段, 全局变量,       未初始化    g_E,     addr:0x%08x\n", &g_E, g_E );    
    printf( "BSS段, 静态全局变量,   未初始化,   g_D,     addr:0x%08x\n", &g_D );
    printf( "BSS段, 静态局部变量,   初始化,     local_C, addr:0x%08x\n", &local_C);
    printf( "BSS段, 静态局部变量,   未初始化,   local_D, addr:0x%08x\n", &local_D);
    printf("\n");
    printf( "栈,    局部变量,                   local_A, addr:0x%08x\n", &local_A );
    printf("\n");
    printf( "堆,    malloc分配内存,             p1,      addr:0x%08x\n", p1 );
}

注意：
编译时需要-g选项，这样才可以看elf信息；
readelf -a MemoryAssign > 1.txt
可执行程序MemoryAssign的信息导出到文本文件1.txt中，查看1.txt 

 

 

问题1：可执行文件大小由什么决定？

可执行文件在存储时分为代码段、数据段和BSS段三个部分。

【例一】
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。

可以看到可执行文件“2”大小为122K，可执行文件“1”大小为4.8K，用size命令查看二进制可执行文件结构情况。