昨天看《C专家编程》，其中第六章第二节给出一个编程挑战，本来觉得是很容易的问题，结果结果出乎我的意料。废话不多说，先看题目
查看可执行文件终的段
- 编译“Hello world”程序，在可执行文件终执行ls -l，得到文件的总体大小。运行size得到各段的大小。
- 增加一个全局的int[1000]数组声明，重新编译，再用上面的命令得到总体及各个段的大小，注意前后的区别。
- 现在，在数组的声明中增加初始值。这将使数组从BSS段转到数据段。重复上面的测量，注意各段前后大小的变化。
按照我之前的了解，2的BSS段会比1多4×1000=4000字节，3的DATA段比1和2的多4000字节。而实际情况呢？让我们用实验来看看
hello world 1
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
2015-11-24 23-18-28屏幕截图.png-49kB
可以看出：
| text | data | bss |
|---|---|---|
| 1137 | 280 | 4 |
hello world 2
#include <stdio.h>
int a[1000];
int main(void)
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
2015-11-24 23-13-47屏幕截图.png-50.7kB
可以看出：
| text | data | bss |
|---|---|---|
| 1137 | 280 | 4032 |
这里BSS大小为4032，比刚开始想的还多出了28个字节，这是怎么回事？
hello world 3
#include <stdio.h>
int a[1000]={1};
int main(void)
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
2015-11-24 23-20-30屏幕截图.png-50.2kB
可以看出：
| text | data | bss |
|---|---|---|
| 1137 | 4304 | 4 |
这里DATA大小为4304，4304-280=4024,比刚开始想的还多出了24个字节，这又是怎么回事？
分析
这里我把三个目标文件用nm程序打印出详细的段信息。
yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_1.o
0804a020 B __bss_start
0804a020 b completed.7181
0804a018 D __data_start
0804a018 W data_start
08048360 t deregister_tm_clones
080483d0 t __do_global_dtors_aux
08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0804a01c D __dso_handle
08049f14 d _DYNAMIC
0804a020 D _edata
0804a024 B _end
080484b4 T _fini
080484c8 R _fp_hw
080483f0 t frame_dummy
08049f08 t __frame_dummy_init_array_entry
080485d4 r __FRAME_END__
0804a000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
w __gmon_start__
080482b0 T _init
08049f0c t __init_array_end
08049f08 t __init_array_start
080484cc R _IO_stdin_used
w _ITM_deregisterTMCloneTable
w _ITM_registerTMCloneTable
08049f10 d __JCR_END__
08049f10 d __JCR_LIST__
w _Jv_RegisterClasses
080484b0 T __libc_csu_fini
08048450 T __libc_csu_init
U __libc_start_main@@GLIBC_2.0
0804841b T main
U puts@@GLIBC_2.0
08048390 t register_tm_clones
08048320 T _start
0804a020 D __TMC_END__
08048350 T __x86.get_pc_thunk.bx
yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_2.o
0804a040 B a
0804a020 B __bss_start
0804a020 b completed.7181
0804a018 D __data_start
0804a018 W data_start
08048360 t deregister_tm_clones
080483d0 t __do_global_dtors_aux
08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0804a01c D __dso_handle
08049f14 d _DYNAMIC
0804a020 D _edata
0804afe0 B _end
080484b4 T _fini
080484c8 R _fp_hw
080483f0 t frame_dummy
08049f08 t __frame_dummy_init_array_entry
080485d4 r __FRAME_END__
0804a000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
w __gmon_start__
080482b0 T _init
08049f0c t __init_array_end
08049f08 t __init_array_start
080484cc R _IO_stdin_used
w _ITM_deregisterTMCloneTable
w _ITM_registerTMCloneTable
08049f10 d __JCR_END__
08049f10 d __JCR_LIST__
w _Jv_RegisterClasses
080484b0 T __libc_csu_fini
08048450 T __libc_csu_init
U __libc_start_main@@GLIBC_2.0
0804841b T main
U puts@@GLIBC_2.0
08048390 t register_tm_clones
08048320 T _start
0804a020 D __TMC_END__
08048350 T __x86.get_pc_thunk.bx
yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_3.o
0804a040 D a
0804afe0 B __bss_start
0804afe0 b completed.7181
0804a020 D __data_start
0804a020 W data_start
08048360 t deregister_tm_clones
080483d0 t __do_global_dtors_aux
08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0804a024 D __dso_handle
08049f14 d _DYNAMIC
0804afe0 D _edata
0804afe4 B _end
080484b4 T _fini
080484c8 R _fp_hw
080483f0 t frame_dummy
08049f08 t __frame_dummy_init_array_entry
080485d4 r __FRAME_END__
0804a000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
w __gmon_start__
080482b0 T _init
08049f0c t __init_array_end
08049f08 t __init_array_start
080484cc R _IO_stdin_used
w _ITM_deregisterTMCloneTable
w _ITM_registerTMCloneTable
08049f10 d __JCR_END__
08049f10 d __JCR_LIST__
w _Jv_RegisterClasses 080484b0 T __libc_csu_fini
08048450 T __libc_csu_init
U __libc_start_main@@GLIBC_2.0
0804841b T main
U puts@@GLIBC_2.0
08048390 t register_tm_clones
08048320 T _start
0804afe0 D __TMC_END__
08048350 T __x86.get_pc_thunk.bx
对比1和2，我们关注BSS段，注意上面每一行的中间，B就表示BSS段。
如下，对于1，注意__bss_start和_end的地址。
yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_1.o
0804a020 B __bss_start
0804a020 b completed.7181
0804a018 D __data_start
0804a018 W data_start
08048360 t deregister_tm_clones
080483d0 t __do_global_dtors_aux
08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0804a01c D __dso_handle
08049f14 d _DYNAMIC
0804a020 D _edata
0804a024 B _end
计算0x804a024 - 0x804a020 = 4，正好是BSS的大小。
如下，对于2，注意__bss_start和_end的地址。
yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_2.o
0804a040 B a
0804a020 B __bss_start
0804a020 b completed.7181
0804a018 D __data_start
0804a018 W data_start
08048360 t deregister_tm_clones
080483d0 t __do_global_dtors_aux
08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0804a01c D __dso_handle
08049f14 d _DYNAMIC
0804a020 D _edata
0804afe0 B _end
计算0804afe0 - 0804a020 = 0xfc0 = 4032，也正好是BSS的大小。同时请注意上面另外一个符号a，其地址是0x0804a040，与__bss_start相差大小正好为0x20 = 32个字节。编译输出为何要预留32个字节，用来干什么？
最终解决
最终问题搞清楚还是在《程序员的自我修养》的启示下，里面第三章第三节使用objdump工具分析目标文件。因此我也对1和2进行了分析。
ch6_2_1.o： 文件格式 elf32-i386
节：
Idx Name Size VMA LMA File off Algn
0 .interp 00000013 08048154 08048154 00000154 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
1 .note.ABI-tag 00000020 08048168 08048168 00000168 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
2 .note.gnu.build-id 00000024 08048188 08048188 00000188 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
3 .gnu.hash 00000020 080481ac 080481ac 000001ac 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
4 .dynsym 00000050 080481cc 080481cc 000001cc 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
5 .dynstr 0000004a 0804821c 0804821c 0000021c 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
6 .gnu.version 0000000a 08048266 08048266 00000266 2**1
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
7 .gnu.version_r 00000020 08048270 08048270 00000270 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
8 .rel.dyn 00000008 08048290 08048290 00000290 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
9 .rel.plt 00000018 08048298 08048298 00000298 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
10 .init 00000023 080482b0 080482b0 000002b0 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
11 .plt 00000040 080482e0 080482e0 000002e0 2**4
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
12 .text 00000192 08048320 08048320 00000320 2**4
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
13 .fini 00000014 080484b4 080484b4 000004b4 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
14 .rodata 00000015 080484c8 080484c8 000004c8 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
15 .eh_frame_hdr 0000002c 080484e0 080484e0 000004e0 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
16 .eh_frame 000000cc 0804850c 0804850c 0000050c 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
17 .init_array 00000004 08049f08 08049f08 00000f08 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
18 .fini_array 00000004 08049f0c 08049f0c 00000f0c 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
19 .jcr 00000004 08049f10 08049f10 00000f10 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
20 .dynamic 000000e8 08049f14 08049f14 00000f14 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
21 .got 00000004 08049ffc 08049ffc 00000ffc 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
22 .got.plt 00000018 0804a000 0804a000 00001000 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
23 .data 00000008 0804a018 0804a018 00001018 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
24 .bss 00000004 0804a020 0804a020 00001020 2**0
ALLOC
25 .comment 00000052 00000000 00000000 00001020 2**0
CONTENTS, READONLY
ch6_2_2.o： 文件格式 elf32-i386
节：
Idx Name Size VMA LMA File off Algn
0 .interp 00000013 08048154 08048154 00000154 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
1 .note.ABI-tag 00000020 08048168 08048168 00000168 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
2 .note.gnu.build-id 00000024 08048188 08048188 00000188 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
3 .gnu.hash 00000020 080481ac 080481ac 000001ac 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
4 .dynsym 00000050 080481cc 080481cc 000001cc 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
5 .dynstr 0000004a 0804821c 0804821c 0000021c 2**0
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
6 .gnu.version 0000000a 08048266 08048266 00000266 2**1
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
7 .gnu.version_r 00000020 08048270 08048270 00000270 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
8 .rel.dyn 00000008 08048290 08048290 00000290 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
9 .rel.plt 00000018 08048298 08048298 00000298 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
10 .init 00000023 080482b0 080482b0 000002b0 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
11 .plt 00000040 080482e0 080482e0 000002e0 2**4
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
12 .text 00000192 08048320 08048320 00000320 2**4
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
13 .fini 00000014 080484b4 080484b4 000004b4 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
14 .rodata 00000015 080484c8 080484c8 000004c8 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
15 .eh_frame_hdr 0000002c 080484e0 080484e0 000004e0 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
16 .eh_frame 000000cc 0804850c 0804850c 0000050c 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
17 .init_array 00000004 08049f08 08049f08 00000f08 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
18 .fini_array 00000004 08049f0c 08049f0c 00000f0c 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
19 .jcr 00000004 08049f10 08049f10 00000f10 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
20 .dynamic 000000e8 08049f14 08049f14 00000f14 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
21 .got 00000004 08049ffc 08049ffc 00000ffc 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
22 .got.plt 00000018 0804a000 0804a000 00001000 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
23 .data 00000008 0804a018 0804a018 00001018 2**2
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
24 .bss 00000fc0 0804a020 0804a020 00001020 2**5
ALLOC
25 .comment 00000052 00000000 00000000 00001020 2**0
CONTENTS, READONLY
注意第53行和110行。对于1来说，BSS段本来就没有，只是留一个符号，占用四个字节，对齐方式是2^0 = 1。而对于2来说，BSS段里面有4000字节的大小，加上本来就有的4个字节，就是4004字节大小。但其对齐方式是2^5 = 32，所以4004字节被扩展成4032个字节以满足对齐条件。究其原因为何是32字节对齐，应该跟CPU的缓存机制有关吧。
关于DATA段的讨论，以后再继续，但上述思路应该是没问题的，可以参考借鉴。
