为什么需要.bss 段？

问题描述：

我知道全局变量和静态变量存储在.data段中，未初始化的数据也存储在.bss段中。我不明白的是，为什么我们要为未初始化的变量设置专用段？如果未初始化的变量在运行时被赋值，那么该变量是否只存在于.bss段中？

在以下程序中， a在.data段中，b在.bss段中；这样对吗？如果我的理解有误，请纠正我。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int a[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
int b[20]; /* Uninitialized, so in the .bss and will not occupy space for 20 * sizeof (int) */

int main ()
{
   ;
}  

另外，考虑以下程序，

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int var[10];  /* Uninitialized so in .bss */
int main ()
{
   var[0] = 20  /* **Initialized, where this 'var' will be ?** */
}

  

解决方案 1：

原因是为了减小程序大小。想象一下，您的 C 程序在嵌入式系统上运行，其中代码和所有常量都保存在真正的 ROM（闪存）中。在这样的系统中，在main()调用之前，必须执行初始“复制”以设置所有静态存储持续时间对象。它通常会像这样伪：

for(i=0; i<all_explicitly_initialized_objects; i++)
{
  .data[i] = init_value[i];
}

memset(.bss, 
       0, 
       all_implicitly_initialized_objects);

其中.data和.bss存储在 RAM 中，但init_value存储在 ROM 中。如果它是一个段，那么 ROM 必须用许多零填充，从而显著增加 ROM 大小。

基于 RAM 的可执行文件的工作原理类似，尽管它们当然没有真正的 ROM。

此外，memset 很可能是一些非常高效的内联汇编程序，这意味着启动复制可以更快地执行。

解决方案 2：

段.bss是一种优化。整个.bss段由一个数字描述，可能是 4 个字节或 8 个字节，该数字给出了它在运行过程中的大小，而.data部分的大小与初始化变量的大小总和一样大。因此，这.bss使得可执行文件更小，加载速度更快。否则，变量可能位于.data显式初始化为零的段中；程序很难分辨出差异。（具体来说，中的对象的地址.bss可能与位于段中的地址不同.data。）

在第一个程序中，a位于.data段中，b位于.bss可执行文件的段中。一旦程序被加载，区别就变得不重要了。在运行时，b占用20 * sizeof(int)字节。

在第二个程序中，var分配了空间， 中的赋值main()修改了该空间。 碰巧的是 的空间是在段中而不是在段var中描述的，但这不会影响程序运行时的行为方式。.bss`.data`

解决方案 3：

摘自Jeff Duntemann 所著的《汇编语言分步指南：使用 Linux 进行编程》 ，其中有关.data部分的内容：

.data部分包含已初始化数据项的数据定义。已初始化数据是在程序开始运行之前具有值的数据。这些值是可执行文件的一部分。当可执行文件加载到内存中执行时，它们会被加载到内存中。

关于 .data 部分要记住的重要一点是，定义的初始化数据项越多，可执行文件就会越大，并且在运行时将其从磁盘加载到内存中所需的时间就越长。

以及.bss部分：

在程序开始运行之前，并非所有数据项都需要有值。例如，当您从磁盘文件读取数据时，您需要为数据从磁盘进入后提供一个存放位置。此类数据缓冲区在程序的.bss部分中定义。您为缓冲区留出一定数量的字节并为缓冲区命名，但您没有指定缓冲区中应存在哪些值。

.data 部分中定义的数据项与 .bss 部分中定义的数据项之间存在一个关键区别：.data 部分中的数据项会增加可执行文件的大小。.bss 部分中的数据项则不会。占用 16,000 字节（或更多，有时甚至更多）的缓冲区可以在 .bss 中定义，并且几乎不会增加可执行文件的大小（描述中大约为 50 字节）。

解决方案 4：

嗯，首先，你例子中的那些变量不是未初始化的；C 规定未初始化的静态变量被初始化为 0。

因此，这样做的原因.bss是为了获得更小的可执行文件，节省空间并允许更快地加载程序，因为加载器只需分配一堆零，而不必从磁盘复制数据。

运行程序时，程序加载器会将其加载.data到.bss内存中。写入驻留在 .data 或 .bss 中的对象只会进入内存，它们不会在任何时候刷新到磁盘上的二进制文件中。

解决方案 5：

维基百科文章.bss提供了一个很好的历史解释，因为这个术语起源于 20 世纪 50 年代中期（耶，我的生日；-）。

在过去，每个比特都是宝贵的，所以任何标记预留空白空间的方法都是有用的。这个 ( .bss ) 就是一个一直沿用下来的方法。

.data部分用于非空的空间，而是将（您）定义的值输入到其中。

解决方案 6：

System V ABI 4.1（1997）（又名 ELF 规范）也包含答案：

.bss此节包含构成程序内存映像的未初始化数据。根据定义，系统在程序开始运行时将数据初始化为零。此节不占用文件空间，如节类型所示SHT_NOBITS。

表示节名.bss是保留的，并且有特殊效果，特别是它不占用文件空间，因此比有优势.data。

缺点当然是所有字节都必须设置为0操作系统将它们放入内存时的状态，这更具限制性，但却是一种常见的用例，并且对于未初始化的变量来说效果很好。

部分SHT_NOBITS类型文档重复了该肯定：

sh_size此成员给出节的大小（以字节为单位）。除非节类型为SHT_NOBITS，否则节sh_size
在文件中占用字节。 类型的节SHT_NOBITS可能具有非零大小，但它在文件中不占用任何空间。

C 标准没有提到节，但我们可以使用 和 轻松验证变量在 Linux 中的存储位置objdump，readelf并得出结论，未初始化的全局变量实际上存储在 中.bss。例如，请参阅此答案：C 中声明的未初始化变量会发生什么？