你的變量究竟存儲在什麼地方 && 全局內存

 如果你還不知道答案，請接著往下看。接下來，我們將在Linux操作係統上，以GCC編譯器為例來講解變量的存儲。

 在計算機係統中，目標文件通常有三種形式：

1. 可重定位的目標文件：包含二進製代碼和數據，與其他可重定位目標文件合並起來，創建一個可執行目標文件。

2. 可執行的目標文件：包含二進製代碼和數據，其形式可以被直接拷貝到存儲器中並執行

3. 共享目標文件：一種特殊的可重定位目標文件，即我們通常所說的動（靜）態鏈接庫

一個典型的可重定位目標文件如下圖所示：

 高地址

節頭部表

.strtab

.line

.debug

.rel.data

.rel.text

.symtab

.bss

>        .dataa （3）

.rodata

>        .textt （1）

ELF頭

 夾在ELF頭和節頭部表之間的都是節（section），各個節的意思如下：

 對於static類型的變量，gcc編譯器在.data和.bss中為每個定義分配空間，並在.symtab節中創建一個有唯一名字的本地鏈接器符號。對於malloc而來的變量存儲在堆（heap）中，局部變量都存儲在棧（stack）中。

 下麵我們以實際的例子來分析變量的存儲：

 根據以上題目和理論知識，我們可以推斷出：

 我們將從匯編代碼和符號表中來分析以上答案是否正確。我們首先來看該程序的匯編代碼：

 通過以上匯編代碼可以發現，z和b在.data段，main和swap在.text段，a和c在.bss段，x,y,temp在stack中，printf函數所打印的字符串在.rodata中。

 下麵我們在通過符號表來解釋變量的存儲。

 每個可重定位目標文件都有一個符號表，它包含該文件所定義和引用的符號的信息。在鏈接器的上下文中，有三種不同的符號：

1. 由該文件定義並能被其他模塊引用的全局符號。即非靜態的C函數和非靜態的全局變量，如程序中的a,z,swap。

2. 由其他模塊定義並被該文件引用的全局符號。用extern關鍵字所定義的變量和函數。

3. 隻被該文件定義和引用的本地符號。用static關鍵字定義的函數和變量。如程序中的b和c。

該程序所對應的符號表如圖所示：

首先，我們解釋上圖中各字段的含義：

 對 於變量b和z，Ndx索引為3，我們觀察圖1，不難發現索引3對應的是.data段。變量c對應的索引為4（.bss段），變量a對應的索引是COM，最 終當該程序被鏈接時，它將做為一個.bss目標分配。我們從反匯編代碼中，對於變量a和c都是.comm（反匯編代碼中以“.”開頭的行，是指導匯編器和 鏈接器運行的命令）：

注 意：a所對應的Bind為GLOBAL，即為全局變量，雖然變量c也在.bss段中，但Bind卻是LOCAL，則為本地變量。.data段中的變量b和 c也是類似的情況。swap和main都在索引1所對應的.text段中。由於printf是在庫中所定義的，所以索引為UND。

 符號表中不包含對應於本地非靜態程序變量中的任何符號。這些符號是在棧中被管理的，所以符號表中沒有出現x,y,temp符號。

 相信大家讀完這篇文章以後，再也用不著對類似的題目膽戰心驚了。

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

大內高手—全局內存

 

轉載時請注明出處和作者聯係方式：https://blog.csdn.net/absurd

作者聯係方式：李先靜 <xianjimli at hotmail dot com>

更新時間：2007-7-9

有 人可能會說，全局內存就是全局變量嘛，有必要專門一章來介紹嗎？這麼簡單的東西，還能玩出花來？我從來沒有深究它，不一樣寫程序嗎？關於全局內存這個主題 雖然玩不出花來，但確實有些重要，了解這些知識，對於優化程序的時間和空間很有幫助。因為有好幾次這樣經曆，我才決定花一章篇幅來介紹它。

 

正如大家所知道的，全局變量是放在全局內存中的，但反過來卻未必成立。用static修飾的局部變量就是放在放全局內存的，它的作用域是局部的，但生命期是全局的。在有的嵌入式平台中，堆實際上就是一個全局變量，它占用相當大的一塊內存，在運行時，把這塊內存進行二次分配。

 

這裏我們並不強調全局變量和全局內存的差別。在本文中，全局強調的是它的生命期，而不是它的作用域，所以有時可能把兩者的概念互換。

 

一般來說，在一起定義的兩個全局變量，在內存的中位置是相鄰的。這是一個簡單的常識，但有時挺有用，如果一個全局變量被破壞了，不防先查查其前後相關變量的訪問代碼，看看是否存在越界訪問的可能。

 

在ELF格式的可執行文件中，全局內存包括三種：bss、data和rodata。其它可執行文件格式與之類似。了解了這三種數據的特點，我們才能充分發揮它們的長處，達到速度與空間的最優化。

 

1.         bss

已經記不清bss代表Block Storage Start還是Block Started by Symbol。像這我這種沒有用過那些史前計算機的人，終究無法明白這樣怪異的名字，也就記不住了。不過沒有關係，重要的是，我們要清楚bss全局變量有什麼樣特點，以及如何利用它。

 

通俗的說，bss是指那些沒有初始化的和初始化為0的全局變量。它有什麼特點呢，讓我們來看看一個小程序的表現。

int bss_array[1024 * 1024] = {0};   int main(int argc, char* argv[]) {     return 0; }

[root@localhost bss]# gcc -g bss.c -o bss.exe

[root@localhost bss]# ll

total 12

-rw-r--r-- 1 root root   84 Jun 22 14:32 bss.c

-rwxr-xr-x 1 root root 5683 Jun 22 14:32 bss.exe

 

變量bss_array的大小為4M，而可執行文件的大小隻有5K。 由此可見，bss類型的全局變量隻占運行時的內存空間，而不占文件空間。

 

另外，大多數操作係統，在加載程序時，會把所有的bss全局變量全部清零，無需要你手工去清零。但為保證程序的可移植性，手工把這些變量初始化為0也是一個好習慣。

 

2.         data

與bss相比，data就容易明白多了，它的名字就暗示著裏麵存放著數據。當然，如果數據全是零，為了優化考慮，編譯器把它當作bss處理。通俗的說，data指那些初始化過（非零）的非const的全局變量。它有什麼特點呢，我們還是來看看一個小程序的表現。

int data_array[1024 * 1024] = {1};   int main(int argc, char* argv[]) {     return 0; }

 

[root@localhost data]# gcc -g data.c -o data.exe

[root@localhost data]# ll

total 4112

-rw-r--r-- 1 root root      85 Jun 22 14:35 data.c

-rwxr-xr-x 1 root root 4200025 Jun 22 14:35 data.exe

 

僅僅是把初始化的值改為非零了，文件就變為4M多。由此可見，data類型的全局變量是即占文件空間，又占用運行時內存空間的。

 

3.         rodata

rodata的意義同樣明顯，ro代表read only，即隻讀數據(const)。關於rodata類型的數據，要注意以下幾點：

l         常量不一定就放在rodata裏，有的立即數直接編碼在指令裏，存放在代碼段(.text)中。

l         對於字符串常量，編譯器會自動去掉重複的字符串，保證一個字符串在一個可執行文件(EXE/SO)中隻存在一份拷貝。

l         rodata是在多個進程間是共享的，這可以提高空間利用率。

l         在有的嵌入式係統中，rodata放在ROM(如norflash)裏，運行時直接讀取ROM內存，無需要加載到RAM內存中。

l         在嵌入式linux係統中，通過一種叫作XIP（就地執行）的技術，也可以直接讀取，而無需要加載到RAM內存中。

 

由此可見，把在運行過程中不會改變的數據設為rodata類型的，是有很多好處的：在多個進程間共享，可以大大提高空間利用率，甚至不占用RAM空間。同時由於rodata在隻讀的內存頁麵(page)中，是受保護的，任何試圖對它的修改都會被及時發現，這可以幫助提高程序的穩定性。

 

4.         變量與關鍵字

static關鍵字用途太多，以致於讓新手模煳。不過，總結起來就有兩種作用，改變生命期和限製作用域。如：

l         修飾inline函數：限製作用域

l         修飾普通函數：限製作用域

l         修飾局部變量：改變生命期

l         修飾全局變量：限製作用域

 

const 關鍵字倒是比較明了，用const修飾的變量放在rodata裏，字符串默認就是常量。對const，注意以下幾點就行了。

l         指針常量：指向的數據是常量。如 const char* p = “abc”; p指向的內容是常量 ，但p本身不是常量，你可以讓p再指向”123”。

l         常量指針：指針本身是常量。如：char* const p = “abc”; p本身就是常量，你不能讓p再指向”123”。

l         指針常量 + 常量指針：指針和指針指向的數據都是常量。const char* const p =”abc”; 兩者都是常量，不能再修改。

 

violatile關鍵字通常用來修飾多線程共享的全局變量和IO內存。告訴編譯器，不要把此類變量優化到寄存器中，每次都要老老實實的從內存中讀取，因為它們隨時都可能變化。這個關鍵字可能比較生僻，但千萬不要忘了它，否則一個錯誤讓你調試好幾天也得不到一點線索。