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
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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。