現(xiàn)代操作系統(tǒng)的內(nèi)存分配以頁為單位進(jìn)行管理，而頁通過段進(jìn)行管理，組成了段頁式內(nèi)存管理。
本文對(duì)C++程序的各段進(jìn)行簡(jiǎn)單的區(qū)分，并厘清各段在可執(zhí)行程序與進(jìn)程中的狀態(tài)關(guān)系。

程序大體被劃分為兩部分，只讀部分和讀/寫部分，這源于歷史上ROM和RAM兩類存儲(chǔ)器的劃分。盡管現(xiàn)代存儲(chǔ)器的發(fā)展早就突破了這種分類方式，程序內(nèi)存的某些部分不應(yīng)該被修改的想法卻被保留了下來。

text段

代碼段（code segment/text segment）用于存放可執(zhí)行程序，也就是對(duì)應(yīng)架構(gòu)下程序的指令序列。代碼段包含在可執(zhí)行程序中，大小是確定的；加載到進(jìn)程中之后，所在內(nèi)存區(qū)域通常被MMU設(shè)置為只讀，以保護(hù)代碼段不會(huì)被意外改寫（如出錯(cuò)時(shí)）。當(dāng)然，沒有MMU的系統(tǒng)，就沒有這種寫保護(hù)。代碼段也可能包含一些只讀的常量，如字符串常量等。

data段、bss段、rodata段

數(shù)據(jù)段（data segment）用于存放編譯時(shí)就能確定的全局?jǐn)?shù)據(jù)，包括已初始化的全局變量和靜態(tài)變量。數(shù)據(jù)段包含在可執(zhí)行程序中，大小是確定的；加載到進(jìn)程中，所在內(nèi)存區(qū)域可讀可寫。數(shù)據(jù)段屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。
bss是英文Block Started by Symbol的縮寫（奇怪的歷史遺留），用于存放編譯階段無法確定的全局?jǐn)?shù)據(jù)，包括未初始化的全局變量和靜態(tài)變量。可執(zhí)行程序不含bss段，只記錄區(qū)域大小；進(jìn)程為bss段開辟內(nèi)存空間，并清零。從優(yōu)化的角度出發(fā)，初始化為零的全局變量，也會(huì)被放進(jìn)bss段從大壓縮可執(zhí)行文件的大小。
常量區(qū)rodata段存放的是只讀數(shù)據(jù)，比如字符串常量、全局const變量。常量區(qū)在程序中大小確定；在進(jìn)程中內(nèi)存只讀。

注意，并不是所有的常量都會(huì)被保存到rodata段，存在一些特殊情況：

有些立即數(shù)會(huì)直接編碼到指令里，位于代碼段；
重復(fù)的字符串常量會(huì)合并，程序中只保留一份；
某些系統(tǒng)中rodata段會(huì)被多個(gè)進(jìn)程共享，用于提高空間利用率。 —— amazing~
另外，有的嵌入式系統(tǒng)中，rodata不會(huì)加載到RAM中，而是直接在ROM中讀取。
由此可見，將不會(huì)修改的變量設(shè)為const是有很多好處的，不僅提高空間利用率，還能得到系統(tǒng)的寫保護(hù)，有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

rel.text段、rel.data段

分別是針對(duì)text段和data段的重定位表。

strtab段、symtab段、shstrtab段

.strtab是字符串表（String Table）；
.shstrtab是段表字符串表(Section Header String Table)，針對(duì)段表；
.symtab是符號(hào)表，一般是變量、函數(shù)；
shstrtab及symtab會(huì)引用strtab中的字符串。

stack段、heap段

堆和棧都是進(jìn)程中的概念，可執(zhí)行程序中并不包括這兩個(gè)段，更不會(huì)預(yù)先指定其大小。堆和棧的大小都受到具體的機(jī)器限制，當(dāng)堆和棧用盡系統(tǒng)內(nèi)存的時(shí)候，分別會(huì)發(fā)生常見的 Stack Overflow、Out of Memory 錯(cuò)誤。

stack在內(nèi)存空間中位于用戶空間的頂部，自頂向下增長(zhǎng)。棧底是main函數(shù)，在執(zhí)行完bss段清零等初始化工作后才進(jìn)入main函數(shù)開始執(zhí)行。
heap在內(nèi)存空間中位于用戶空間的底部，但是在text、bss、data等各段之上，與stack段相向增長(zhǎng)。堆的空間增長(zhǎng)和回收由malloc/free、new/delete來操作，并可通過為系統(tǒng)配置不同的內(nèi)存分配庫如 ptmalloc(glibc標(biāo)配)、tcmalloc(google)、jemalloc(facebook) 來切換不同的內(nèi)存分配算法，以提高內(nèi)存分配效率。

總結(jié)

進(jìn)程中地址從小到大包含四部分：代碼、數(shù)據(jù)、堆、棧；其中數(shù)據(jù)又由三部分構(gòu)成 —— 常量、已初始全局/靜態(tài)變量、未初始全局/靜態(tài)變量。
可執(zhí)行程序中確定包含的段有：text/code段、data段、rodata段，可能包含的段有：符號(hào)表和重定位表。
編譯時(shí)gcc -g選項(xiàng)可以打開調(diào)試信息。重定位分為鏈接時(shí)重定位和裝載時(shí)重定位，鏈接時(shí)重定位是把各個(gè)不同.o文件的符號(hào)合并到目標(biāo)地址，從而形成一個(gè)統(tǒng)一的可執(zhí)行文件；裝載時(shí)重定位是因?yàn)榭赡芤猛獠康膭?dòng)態(tài)鏈接庫.so文件中的變量或函數(shù)，無法預(yù)先確定偏移量。如果沒有引用外部.so，則無需裝載時(shí)重定位。

一些驗(yàn)證代碼

驗(yàn)證全局變量位于data段還是bss段

#include <stdio.h>

int a[100]; // case 1
// int a[100] = {1}; // case 2
// int a[100] = {0}; // case 3

int main() {
    printf("%d
", a[0]);
    return 0;
}

在本地對(duì)于以上三種情況分別進(jìn)行編譯，并使用 ls -al查看文件大小顯示分別為 8328、8744、8328。顯然，未初始化和初始化為零的大小一樣，都是作為bss段處理，并不占用可執(zhí)行程序大??；初始化為非零值之后，除了100個(gè)int元素應(yīng)占的400B空間之外，另有16B額外空間開銷（可能是用于strtab或者rel.data開銷？）。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的程序的 text段、data段、bss段与rodata段的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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