编译器初始化全局变量，并分配虚拟内存

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编译器初始化全局变量，并分配虚拟内存

目录

编译器初始化全局变量，并分配虚拟内存... 1

问题：... 1

解释：... 1

执行文件的大小... 1

什么时候初始化？... 2

什么时候分配内存？... 3

为什么程序开始运行时的内存是0.5MB而不是100MB？... 3

总结：... 3

实验：... 3

环境... 3

例程1 没有显示初始化... 4

例程2 显示初始化... 5

例程3 没有显示初始化，在main方法中使用全局变量... 7

例程4 显示初始化，在main方法中使用全局变量... 9

例程5 没有显示初始化，打印虚拟内存地址... 11

例程6 显示初始化，打印虚拟内存地址... 12

 

问题：

全局变量arr占用100MB空间，arr存放在静态存储区，当程序运行的时候，占用的内存竟然只有几百KB，难道arr没有占用内存？

解释：

执行文件的大小

例程1、2、3、4可以证明：

数据段保存在目标文件中。

BSS段不保存在目标文件中（除了记录BSS段在运行时所需要的大小）。

该结论引自《C专家编程》6.2节。

　　　　

执行文件的大小 = BSS段 + 数据段 + 文本段 + 其他。

 

例程	执行文件大小
例程1	7376Byte = 7.2KB
例程2	140865010Byte = 134.3MB
例程3	7415Byte=7.2KB
例程4	140865045Byte = 134.3MB

 

 

 

 

 

 

 

初始化	执行文件大小
没有显示初始化	7376Byte = 7.2KB
显示初始化	140865010Byte = 134.3MB

 

 

 

什么时候初始化？

1.       手动初始化

编译时根据赋值进行初始化，存储在数据段

2.      默认初始化

编译时初始化，只是记录其大小，存储在BSS段

BSS段的值全是0，由此可见为什么默认初始化int是0，char是空了。对于内部类型和枚举默认初始化是0.

什么时候分配内存？

编译完，全局变量占用的空间就分配好了。

编译器给arr[100 * 1024 * 1024]分配的虚拟内存：

0x804a040

…………

0xe44a03f

结合例程5和例程6的结果可知，无论是否显示初始化，编译后全局变量的内存都分配好了，都是虚拟内存。

为什么程序开始运行时的内存是0.5MB而不是100MB？

例程	是否使用全局变量arr	进程占用内存
例程1	不使用	0.5MB
例程2		0.5MB
例程3	在main方法中使用全局变量arr memset(arr,1,100*1024*1024)	100.85MB
例程4		100.85MB

 

 

 

 

 

TODO:下面的论述都是跟同学讨论，上网查找的结果，没有经过权威验证。

关于虚拟内存管理请查看：Linux C编程一站式学习----虚拟内存管理

程序开始运行时，并不会真的把静态存储区全部载入实际内存，只把一部分虚拟内存映射到了实际内存，所以没有访问全局变量arr的时候，进程实际占用内存只有几百KB。当访问全局变量的时候，操作系统才会把这一部分虚拟内存地址映射到实际内存，进程实际占用内存才会到达100多MB。

也就是说编译器给全局变量分配的虚拟内存，而我们看到的进程占用的实际内存。

总结：

根据实验可知，全局变量确实是在编译时，初始化和分配虚拟内存。只不过一些实现细节对我们透明了。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

实验：

环境

FC18

GCC

例程1 没有显示初始化

源码：

#include <unistd.h>

char arr[100 *1024 *1024];//声明了100MB空间,没有显示初始化

intmain(intargc,char*argv[])

{

  while(1)

  {

    sleep(1);

  }

  return0;

}

汇编：

    .file  "test_uninitialized.cpp"

    .globlarr

    .bss          #未初始化

    .align 32

    .type  arr, @object

    .size  arr, 104857600

arr:

    .zero  104857600

    .text

    .globlmain

    .type  main, @function

main:

..............

结果：

　　　　

 

 

运行时占用的内存：

 

 

 

 

 

 

 

　　

内存总共大小：508740KB /1024 = 497MB 约为 512MB

进程占用内存：508740KB * 0.001 = 508.74KB /1024 = 0.5MB

分析：

test_uni的大小为7376字节。

bss段是未初始化的全局变量存储区。100 * 1024 * 1024 = 104857600字节。

例程2 显示初始化

源码：

#include <unistd.h>

char arr[100 *1024 *1024]={'a'};//显示初始化

int main(int argc,char*argv[])

{

  while(1)

  {

    sleep(1);

  }

  return0;

}

汇编：

         .file  "test_initialized.cpp"

    .globlarr

    .data         #需要初始化

    .align 32

    .type  arr, @object

    .size  arr, 104857600

arr:

    .byte  97

    .zero  104857599

    .text

    .globlmain

    .type  main, @function

main:

..............

结果：

 

 

 

运行时占用的内存：

 

 

 

 

 

 

 

 

内存总共大小：508740KB /1024 = 497MB 约为 512MB

进程占用内存：508740KB * 0.001 = 508.74KB /1024 = 0.5MB

例程3 没有显示初始化，在main方法中使用全局变量

源码：

#include <unistd.h>

#include <string.h>

char arr[100*1024*1024]; //声明了100MB空间,没有显示初始化

int main(int argc,char*argv[])

{

  memset(arr,1,100*1024*1024); //给arr数组全赋值为1

  while(1)

  {

    sleep(1);

  }

  return0;

}

汇编：

         .file  "test_uninitialized2.cpp"

    .globlarr

    .bss

    .align 32

    .type  arr, @object

    .size  arr, 104857600

arr:

    .zero  104857600

    .text

    .globlmain

    .type  main, @function

main:

..............

结果：

 

 

 

 

 

 

与例程1的结果相比，没有多少差别。

运行时占用的内存：

 

 

 

 

 

 

 

 

内存总共大小：508740KB /1024 = 497MB 约为 512MB

进程占用内存：508740KB * 0.203 = 103274.22KB /1024 = 100.85MB

例程4 显示初始化，在main方法中使用全局变量

源码：

#include <unistd.h>

#include <string.h>

char arr[100*1024*1024]={'a'};//声明了100MB空间,显示初始化

int main(int argc,char*argv[])

{

  memset(arr,1,100*1024*1024); //给arr数组全赋值为1

  while(1)

  {

    sleep(1);

  }

  return0;

}

汇编：

         .file  "test_initialized2.cpp"

    .globlarr

    .data

    .align 32

    .type  arr, @object

    .size  arr, 104857600

arr:

    .byte  97

    .zero  104857599

    .text

    .globlmain

    .type  main, @function

main:

..............

结果：

 

 

 

 

 

与例程2的结果相比，没有多少差别。

运行时占用的内存：

 

 

 

 

 

 

内存总共大小：508740KB /1024 = 497MB 约为 512MB

进程占用内存：508740KB * 0.203 = 103274.22KB /1024 = 100.85MB

例程5 没有显示初始化，打印虚拟内存地址

源码：

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

char arr[100*1024*1024];

int main(int argc,char*argv[])

{

  printf("address of arr[0]                     = %p\n",&arr[0]);

  printf("address of arr[100 * 1024 * 1024 - 1] = %p\n",&arr[100*1024*1024-1]);

  while(1)

  {

    sleep(1);

  }

  return0;

}

结果：

 

 

arr[100 * 1024 * 1024]的内存分布：

0x804a040

…………

0xe44a03f

上述空间为100MB

查看虚拟内存地址：

 

 

 

 

08048000-08049000

08049000-0804a000

0804a000-0804b000

0804b000-0e44b000// 100MB空间

最后两段是数据段，其中红色是BSS段

例程6 显示初始化，打印虚拟内存地址

源码：

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

char arr[100*1024*1024]={'a'};

int main(int argc,char*argv[])

{

  printf("address of arr[0]                     = %p\n",&arr[0]);

  printf("address of arr[100 * 1024 * 1024 - 1] = %p\n",&arr[100*1024*1024-1]);

  while(1)

  {

    sleep(1);

  }

  return0;

}

结果：

 

 

 

与例程5的内存地址一样！！神奇地证明了进程中使用的内存地址都是虚拟的。

arr[100 * 1024 * 1024]的内存分布：

0x804a040

…………

0xe44a03f

上述空间为100MB

查看虚拟内存地址：

 

 

 

 

 

08048000-08049000

08049000-0804a000

0804a000-0e44b000// 约为100 MB空间

最后一段是数据段，不同的是例程6没有BSS段