未初始化全局變量

為下一篇介紹進程內存分佈做準備，這一篇先來介紹一下未初始化全局變量：

未初始化全局變量，這名字就很直白，就是 C 程序中定義成全局作用域而又沒有初始化的變量，我們知道這種變量在程序運行後是被自動初始化為全0 的。編譯器編譯的時候會將這類變量收集起來集中放置到 .bss 段中，這個段只記錄了段長，沒有實際上的內容（全是0，沒必要存儲），在程序被裝載時操作系統會為它分配等於段長的內存，並全部初始化為0。

這有兩個 C程序，都定義了全局數組 data（長度為1M，佔用內存4MB），一個部分初始化（bss_init1.c），一個未初始化（bss_uninit1.c）：

bss_init1.c：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

#define MAXLEN 1024*1024

int data[MAXLEN]={1,};

int main()
{
    Sleep(-1);
    return 0;
}

bss_uninit1.c：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

#define MAXLEN 1024*1024

int data[MAXLEN];

int main()
{
    Sleep(-1);
    return 0;
}

編譯以上兩個程序後：

bss1

可以看到有初始化的可執行文件的大小差不多是4MB，而未初始化的只有47KB！這就是 .bss 段有段長，而沒有實際內容的表現。用 UltraEdit 打開 bss_init1.exe 可看到文件中大部分是全0（data數組的內容）：

bss5

　　但是接下來運行（return 0 之前的 Sleep(-1) 保證了程序暫時不會退出）的時候，卻發現 bss_init1.exe 佔用的空間明顯少於 4MB，這是怎麼回事呢？

bss2

這就涉及程序裝載的策略了。早期的操作系統（如：linux 0.01）採用的是一次裝載：將可執行文件一次性完整裝入內存後再執行程序。不管程序是 1KB 還是 60MB，都要等全部裝入內存後才能執行，這顯然是不太合理的。

　　而現在的操作系統都是採用延遲裝載： 將進程空間映射到可執行文件之後就開始執行了，執行的時候如果發現要讀/寫的頁不在內存中，就根據映射關係去讀取進來，然後繼續執行應用程序（應該是在頁保護異常的處理中實現的）。

bss_init1.exe 肯定是被映射了，而程序中又沒有對 data 數組進行讀/寫操作，所以操作系統也就懶得去裝入這片內存了。下面修改一下這兩個程序：在 Sleep(-1) 前將 data 數組的每個元素賦值為 -1：

int i;
for(i=0; i<MAXLEN; ++i)
    data[i] = -1;

再運行，它們佔用的內存都是 4M 了：

bss4