c语言笔记 静态数据与ELF程序格式

数据段：

1.全局变量   
2.常量.rodata段
3.已初始化的静态数据(全局变量).data段
4.未初始化的静态数据(static修饰的局部变量).bss段

为什么需要静态数据?

1. 全局变量 可以在任何文件，函数中使用，数据操作上更加方便。
2. static修饰的局部变量，在函数中一直保存着，这可以使用static来保存某些重要的数据，使其运算后不消失，以便下次使用的时候。

注意：

1. 静态数据只会被初始化一次；
2. 如果静态数据未写初始化的值会默认为0；
3. 静态数据的生命周期很长，会随着程序的结束才消失；
4. 被static修饰的局部变量会从运行栈中移动到数据段；
5. 被static修饰的全局变量变成仅有本文件可见静态数据；
6. 被static修饰的函数由各文件可见，变成本文件可见的静态函数。

静态局部变量的问题：如果我定义一个全局变量a 然后我又在函数内定义一个局部变量a值，那么我会先使用哪一个a？

在编程中，如果全局变量和局部变量同名，那么在函数内部会优先使用局部变量。也就是说，你在函数内定义的局部变量 a 会遮蔽全局变量 a，函数内使用的将是局部变量 a。

1. 全局变量：在函数外部定义的变量 a，作用域是全局的，可以在函数外部和内部访问。
2. 局部变量：在函数内部定义的变量 a，作用域仅限于函数内部。
3. 优先级：在函数内部，局部变量的优先级高于全局变量。如果函数内部定义了与全局变量同名的局部变量，那么在函数内部会使用局部变量，而不会使用全局变量。

代码段：

1. 用户代码 .text
2. 系统初始化代码 .init

程序员的代码，所有的静态数据以及代码编译完之后会在硬盘内放着，那些局部变量，形参，malloc()出来的堆内存，栈内存在我们的硬盘ELF可执行文件里面是没有，栈内存和堆内存都是存放在虚拟内存空间。而虚拟内存里面是数据段和代码段是对硬盘ELF可执行文件里面的数据段和代码段的复制。

也就是硬盘ELF里面的数据段和代码段直接复制到虚拟内存空间。

数据段和代码段都是在编译时编译完成时候就存在的。不是运行时就存在，在数据段和代码段这些内容编译完后，再运行到我们的虚拟内存.在时间上ELF可执行文件会比虚拟内存空间更早获得数据段和代码段。（ELF是一个二进制文件）

图片关系：

1. 程序员的代码和静态数据

• 硬盘中的ELF可执行文件

程序员编写的代码和静态数据（如全局变量、静态变量等）在编译和链接后会生成一个ELF格式的可执行文件。这个文件存储在硬盘上。

• 虚拟内存空间

当程序运行时，操作系统会将ELF可执行文件中的代码段和数据段加载到虚拟内存空间中。这些段在程序运行时被映射到虚拟地址空间中。

2. 局部变量、形参、堆内存和栈内存

• 局部变量和形参

这些变量存储在栈内存中。栈内存是运行时动态分配的，用于存储函数调用时的局部变量和参数。栈内存的分配和释放是由编译器自动管理的。

• 堆内存：

通过malloc()等函数分配的内存存储在堆中。堆内存是运行时动态分配的，需要程序员手动释放。

• 栈内存和堆内存

这些内存区域是在程序运行时由操作系统分配的，而不是在编译时确定的。它们不在ELF可执行文件中，而是在程序运行时由操作系统管理。

3. 虚拟内存空间

• 虚拟内存

虚拟内存是操作系统提供的一种内存管理机制，它将物理内存和磁盘空间结合起来，为每个进程提供一个独立的地址空间。

• 数据段和代码段

ELF可执行文件中的数据段（.data、.bss等）和代码段（.text）在程序运行时被映射到虚拟内存空间中。这些段在编译时就已经确定，但在程序运行时才被加载到内存中。

4. 时间顺序

• ELF可执行文件

在编译和链接阶段生成，存储在硬盘上。它包含程序的代码段和数据段。

• 虚拟内存空间

在程序运行时由操作系统分配和管理。数据段和代码段从ELF文件中加载到虚拟内存空间中，而栈内存和堆内存则在运行时动态分配。

总结

• ELF可执行文件

编译时生成，存储在硬盘上，包含代码段和数据段。

• 虚拟内存空间

运行时分配，包含从ELF文件加载的代码段和数据段，以及运行时动态分配的栈内存和堆内存。

• 栈内存和堆内存

运行时动态分配，不在ELF文件中。

可以说程序在运行的时候ELF提供数据段和代码段。