内存管理--bss data txt数据段与stm32的ZI-data RW-data RO-data Code数据段的关系

目录

前沿

1 数据在内存中的位置

1.1 堆栈在内存中的位置

1.2 全局变量和局部变量在内存中的位置

1.2.1 全局变量在内存中的位置

1.2.2?局部变量在内存中的位置

1.3 static变量在内存中的位置

1.4 malloc赋值的变量存放在内存中的位置

1.5 代码在内存中的位置

2 ZI-data RW-data RO-data和Code数据段

2.1 各个数据段的含义

2.2 bss data和txt数据段和ZI-data RW-data RO-data和Code数据段的关系

2.3 各个数据段在内存中的位置

2.3 应用程序加载和执行图

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前沿

? ? ? ? 我们经常听人提起bss数据段，txt数据段，data数据段，但是我们不知道是什么意思，有些读者和博主一样，经常使用keil这个软件，所以只知道ZI-data数据段，RW-data数据段，RO-data数据段，Code数据段，那么他们存在什么样的关系呢，本小节带大家粗略的了解一下他们的关系，如果有错，请大家指出。

1 数据在内存中的位置

? ? ? ? 要搞懂本节，我们需要了解数据在内存中的存储方式，我们最长听见的词语就是堆栈了，下面我们就从堆栈进行进行讲解。

1.1 堆栈在内存中的位置

? ? ? ? 我们常说的堆栈，其实单指堆区，但是严格来说，堆区和栈区是分开的，堆区是需要malloc开辟空间的，然而栈区是存放局部变量的数据区，是由系统自动分配（大小由用户定义）。

? ? ? ? 我们使用最多的就是栈区，栈区的生长方式是向上生长，后面的小节为大家详细的讲解何为向上生长。

注意：堆区和栈区是存放在RAM空间的

1.2 全局变量和局部变量在内存中的位置

1.2.1 全局变量在内存中的位置

? ? ? ? 全局变量又分为初始化为非零的全局变量、没有初始化或初始化为0的全局变量和const修饰的全局变量，他们在内存中的方式也是不同的。

• 初始化为非零的全局变量

? ? ? ? 初始化为非零的全局变量存储在ROM空间，当程序运行的时候，会自动的加载到RAM空间。

• 没有初始化或初始化为0的全局变量

? ? ? ? 此类变量因为没有赋值（默认全局变量初始值为0），所以不必存放在ROM空间，所以此类变量存放在RAM空间。

• const修饰的全局变量

? ? ? ? const修饰的全局变量为只读变量，也叫常量，它存放在ROM空间。

注意：char *p = "1234"定义的字符串常量也存在ROM空间

1.2.2?局部变量在内存中的位置

? ? ? ? 局部变量的初始值不固定，编译器不同初始值也存在一定的差异，所以使用局部变量的时候，需要给它赋值，它存放在栈区，也就是RAM空间。

1.3 static变量在内存中的位置

? ? ? ? static修饰的变量分为全局变量和局部变量。

• 全局变量表示只能在当前文件中使用，不能被《extern》关键词修饰到其它文件中使用。
• 局部变量默认初始值为0，并且不会被函数的生命周期影响，也就是函数执行完成，此类变量的值不会被改变，它存放在ROM空间。

1.4 malloc赋值的变量存放在内存中的位置

? ? ? ? mallco修饰的变量存放在堆区，也就是RAM空间。

1.5 代码在内存中的位置

? ? ? ? 代码，就是可执行的程序，它根据需求的不同存放的位置也有所不同，但是一般是存放在ROM空间的。

2 ZI-data RW-data RO-data和Code数据段

? ? ? ? 我们在使用keil第一次编译或者重新编译程序的时候，《Build Output》窗口会显示《Program Size: Code=8180 RO-data=880 RW-data=296 ZI-data=2176 ?》等信息，由于现在的单片机的ROM（FLASH）和RAM都比较大（相较于传统单片机），一般的程序不必考虑内存的问题，即使存在内存问题，编译器也会给你报错，所以这个就会导致很多现代的工程师很少关注这个问题，但是如果你对内存很敏感，比如你需要规定你的程序大小不能超过1Kbyte，或者不能使用超过250byte的RAM空间，查看这里的信息就显得十分的有用了。

2.1 各个数据段的含义

Code：代码域，指的是编译器生成的及其指令，这些内容被存储在ROM区。

RO-data(Read Only Data)：只读数据域，指的是程序中用到的只读数据，这些数据被存储在ROM区，并且程序不能修改其内容。例如C语言中的关键词const定义的变量就是典型的RO-data。

RW-data(Read Write Data)：可读可写数据域，指的是初始值为“非零”的可读写数据，程序运行之前这些数据被存储在ROM区，这些数据具有非零的初始值，程序运行的时候被加载到RAM区，并且常驻于RAM区。应用程序能够修改其内容。例如C语言中定义的赋值不为0的全局变量就是典型的RW-data。

注意：关键词static定义的变量虽然默认值为0，但是也存在RW-data中。

ZI-data(Zero Initialize Data)：初始值为0的数据域，指的是初始化为0值的可读可写数据域。它与RW-data的区别是这些数据一直存在RAM区，并且是在程序运行的时候才被加载到RAM区，且被赋予初始值0，而后续运行过程与RW-data的性质一致。例如C语言中定义的未赋值的全局变量或者赋值为0的全局变量(没有赋值的全局变量初始值默认为0)。

ZI-data的堆空间和栈空间：在C语言中，函数内部定义的局部变量属于栈空间，进入函数的时候向栈空间申请内存给局部变量，退出时释放局部变量，归返内存空间。而使用malloc动态分配的变量属于堆空间。在程序中的堆和栈空间都属于ZI-data区域，这些空间都会被初始化为0，编译器给出的ZI-data占用的空间值中包含了堆栈的大小(若程序没有使用malloc动态申请内存，编译器会优化堆空间，不会把堆空间计算在内)。

注意：局部变量的初始值为0是因为在程序运行的时候局部变量被赋予0值，但是当程序运行的时候，堆栈不停的交换数据，所以当程序运行到某个局部变量的时候，此局部变量的值就为留在堆栈的随机值，因此上学的时候所说的局部变量的值是随机值由此而来。

2.2 bss data和txt数据段和ZI-data RW-data RO-data和Code数据段的关系

程序组件	所属类别
机器代码指令	Code(txt)
常量	RO-data(data)
初始非0的全局变量	RW-data(data)
Static定义的变量	RW-data(data)
初始为0的全部变量	ZI-data(bss)
局部变量	ZI-data栈空间(bss)
使用malloc动态分配的空间	ZI-data堆空间(bss)

2.3 各个数据段在内存中的位置

????????RAM和ROM区域存储的数据如下：

• Total RO Size (Code + RO Data)
• Total RW Size (RW Data + ZI Data)
• Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)
• Total RAM Size (ZI Data + RW Data)

? ? ? ? 下图表示RAM区存储的数据结构。栈区向上生长是压栈的时候SP指针减寄存器的大小，出栈的时候SP指针加上寄存器的大小，这就是所谓的向上生长。

? ? ? ? 下图是压栈时SP指针值的变化。

? ? ? ? 下图是出栈时SP指针值的变化。

? ? ? ? 整个流程称为SP的压栈和出栈，可以看出它压栈的时候，是从高地址往低地址进行压栈的，这种方式称为向上生长。

2.3 应用程序加载和执行图

? ? ? ?当我们编译下载程序到ARM-M系列单片机中的时候，我们的程序存放在ROM空间的位置如左图所示，依次为DATA(R0)（此处为中断向量表），Code，Data（RO），Data（RW），程序复位的时候，PC默认指向0x08000004位置（0x08000000存放的是栈顶值），在复位的同时，程序会把存放在ROM空间的Data（RW）值加载到RAM空间（为了提高执行效率）。

????????BSS（ZI）数据段也就是Data（ZI）数据段，它根据编译器不同存放的位置有所差异，常见是不存放在ROM空间的。