c++ - 为什么在这些不同的情况下数据/BSS 大小会发生变化？

Question

我正在学习虚拟内存管理和进程内存分配。并对此做一些实验。有以下一些容易混淆的地方:

案例1

#include <iostream>

int main() {
    return 0;
}

编译代码并使用二进制文件运行 size 后得到以下输出:

   text    data     bss     dec     hex filename
   1985     640       8    2633     a49 main

案例2:将代码更改为:

#include <iostream>

int global;

int main() {
    return 0;
}

并重建它，大小输出为:

   text    data     bss     dec     hex filename
   1985     640      16    2641     a51 main

注意:data内存部分没有变化，只是bss由8变成了16。 这个结果对我来说很有意义，因为 int global 定义了一个未初始化的全局变量。

案例 3:然后我将代码更改为:

#include <iostream>

int global = 5;

int main() {
    return 0;
}

我初始化了全局变量。并再次分析二进制文件:

   text    data     bss     dec     hex filename
   1985     644       4    2633     a49 main

这一次，这个变化对我来说没有意义。与case1相比，为什么data部分增加了4个字节和bss部分减4？

Answer 1

差异是由链接器及其决定如何布局二进制文件引起的。 x86 上的 G++ 默认链接器 (GNU ld)。

要查看差异，让我们以三种不同的方式编译您的测试用例:

$ for x in *.cpp ; do g++ -g3 $x -o $x.ld.exe ; done                  # GNU ld
$ for x in *.cpp ; do g++ -g3 $x -o $x.gold.exe -fuse-ld=gold ; done  # gold
$ for x in *.cpp ; do g++ -g3 $x -o $x.gold.exe -fuse-ld=lld ; done   # lld

现在，尺寸如下:

   text    data     bss     dec     hex filename
   1873     656       8    2537     9e9 test1.cpp.ld.exe
   1873     656      16    2545     9f1 test2.cpp.ld.exe
   1873     660       4    2537     9e9 test3.cpp.ld.exe

   text    data     bss     dec     hex filename
   1877     656       2    2535     9e7 test1.cpp.gold.exe
   1877     656       9    2542     9ee test2.cpp.gold.exe
   1877     660       2    2539     9eb test3.cpp.gold.exe

   text    data     bss     dec     hex filename
   1817     576       2    2395     95b test1.cpp.lld.exe
   1817     576       9    2402     962 test2.cpp.lld.exe
   1817     580       2    2399     95f test3.cpp.lld.exe

bss 部分的行为可以解释如下:

此处要存储两个或三个变量(completed.0，可能是global 和std::__ioinit)。始终存在的两个，每个都有 1 个字节的大小和对齐方式。仅在情况 2 中存在的全局变量具有 4 个字节的大小和对齐方式。这就是为什么 gold 和 lld 在情况 1 和情况 3 中的 bss 部分都需要 2 个字节。对于情况 2，布局是这样的global 存储在两个单字节值之间，这需要在第一个 1 字节值和 global 之间额外填充 3 个字节。

一般来说，GNU ld 做类似的事情，除了它使用 bss 部分还提供节间填充。在情况1和3中，实际只使用了bss部分的2个字节，而情况2使用了9个字节的bss部分。由于 data 在情况 3 中增加了 4 个字节，并且 bss 位于 data 之后，因此删除了其中的 4 个填充字节以保持以下部分对齐。这也是为什么 bss 部分的大小在引入 global 时增加了 8 个字节而不是 4 个字节:GNU ld 确保部分保持 8 字节对齐。