用Visual Studio 2022的.map文件来查看C++变量在内存中的布局情况

先看几个实例

代码1

cpp 复制代码

#include <iostream>
int data_arr[32768];
int main()
{
    data_arr[1] += 11;
    std::cout<<"data_arr[1]: " << data_arr[1] << std::endl;
    return data_arr[1];
}

上述代码在Win10 X64，MSVC Release模式下编译，编译得到的二进制文件大小为15KB左右。

代码2

cpp 复制代码

#include <iostream>
int data_arr[32768] = {0,0,0,0,0};
int main()
{
    data_arr[1] += 11;
    std::cout<<"data_arr[1]: " << data_arr[1] << std::endl;
    return data_arr[1];
}

上述代码在Win10 X64，MSVC Release模式下编译，编译得到的二进制文件大小为15KB左右。

代码3

cpp 复制代码

#include <iostream>
int data_arr[32768] = {2};
int main()
{
    data_arr[1] += 11;
    std::cout<<"data_arr[1]: " << data_arr[1] << std::endl;
    return data_arr[1];
}

上述代码在Win10 X64，MSVC Release模式下编译，编译得到的二进制文件大小为143KB左右。

代码4

cpp 复制代码

#include <iostream>
int data_arr[32768] = {1,2,3,4,5,6};
int main()
{
    data_arr[1] += 11;
    std::cout<<"data_arr[1]: " << data_arr[1] << std::endl;
    return data_arr[1];
}

上述代码在Win10 X64，MSVC Release模式下编译，编译得到的二进制文件大小为143KB左右。

情况分析

为何前两份代码 和后两份代码编译之后的二进制文件大小会差异这么大？

原因就是全局变量data_arr 定义的方式不同。前两份代码中data_arr变量定义但是没有初始化或初始化为0，此变量运行时实际会存放在bss段中，只存符号(只有占位符)，没有初始化的具体的值，自然也就不需要在二进制文件中保存这些值，因此文件很小。

而后两份代码中data_arr变量定义并初始化为具体的值，此变量运行时实际会存放到data段中，又因为初始化了具体的值，这些值需要保存在二进制程序源文件中，所以文件就变大了。

确认data_arr变量在内存中的布局

在Visual Studio 2022中用对应的.map文件，来确认data_arr变量在内存中的具体布局情况，看看它们运行时到底存放在哪个内存段中。

生成.map和了解.map文件内容请见： Visual Studio(2022)生成链接过程的.map映射文件以及.map映射文件的内容说明_含影的博客-CSDN博客

前两份代码对应的的.map文件摘录如下：

cpp 复制代码

Preferred load address is 0000000140000000
 Start         Length     Name                   Class
 0001:000013d0 00000091H .text$x                 CODE
 0002:00000ec8 00000788H .idata$6                DATA
 0003:00000000 00000040H .data                   DATA
 0003:00000040 00020088H .bss                    DATA
 0004:00000000 00000240H .pdata                  DATA

  Address         Publics by Value              Rva+Base               Lib:Object

 0003:00000030       __scrt_ucrt_dll_is_in_use  0000000140005030     MSVCRT:ucrt_stubs.obj
 0003:00000040       ?data_arr@@3PAHA           0000000140005040     ccwindowsMain.obj

从上面的.map文件内容，可以看到，data_arr变量，被分配到地址为0003:00000040这个内存空间中，而这个内存空间就是bss段(见于：0003:00000040 00020088H .bss)。

后两份代码对应的的.map文件摘录如下：

cpp 复制代码

 demo_ccwindows
 Preferred load address is 0000000140000000

 Start         Length     Name                   Class
 0001:00000000 00001390H .text$mn                CODE
 0002:00000ec8 00000788H .idata$6                DATA
 0003:00000000 00020040H .data                   DATA
 0003:00020040 00000088H .bss                    DATA
 0004:00000000 00000240H .pdata                  DATA

  Address         Publics by Value              Rva+Base               Lib:Object

 0002:00000c90       __NULL_IMPORT_DESCRIPTOR   0000000140003c90     msvcprt:MSVCP140.dll
 0003:00000000       ?data_arr@@3PAHA           0000000140005000     ccwindowsMain.obj

从上面的.map文件内容，可以看到，data_arr变量，被分配到地址为0003:00000000这个内存空间中，而这个内存空间就是data段(见于：0003:00000000 00020040H .data)。

复杂一点的代码示例

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
int data_arr[32768] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
volatile const static int Major_version = 22;
volatile const float      Minor_Version = 17;
std::string               base_str_0      = "sssssAAAAA00000";
int                       parseSignal(int signal)
{
    static int  baseSignal = 1013;
    std::string base_str   = "sssssAAAAA11111";
    if (signal > 15)
    {
        base_str += "sssssAAAAA22222" + base_str_0;
        signal *= base_str.size();
    }
    return signal * baseSignal;
}
int main(int argc, char** argv)
{
    data_arr[1] += 11;
    std::cout << "data_arr[1]: " << data_arr[1] << std::endl;
    return data_arr[1] + (Major_version << argc) + Minor_Version * argc + parseSignal(argc >> 1);
}

对应的.map内容节选如下：

cpp 复制代码

 Preferred load address is 0000000140000000

 Start         Length     Name                   Class
 0001:00000000 00000050H .text$di                CODE
 0001:00000050 000021a0H .text$mn                CODE
 0001:000021f0 00000040H .text$mn$00             CODE
 0001:00002230 000000c0H .text$x                 CODE
 0001:000022f0 00000064H .text$yd                CODE
 0002:00000000 00000278H .idata$5                DATA
 0002:00000278 00000038H .00cfg                  DATA
 0002:000002b0 00000008H .CRT$XCA                DATA
 0002:000002b8 00000008H .CRT$XCAA               DATA
 0002:000002c0 00000008H .CRT$XCU                DATA
 0002:000002c8 00000008H .CRT$XCZ                DATA
 0002:000002d0 00000008H .CRT$XIA                DATA
 0002:000002d8 00000008H .CRT$XIAA               DATA
 0002:000002e0 00000008H .CRT$XIAC               DATA
 0002:000002e8 00000008H .CRT$XIZ                DATA
 0002:000002f0 00000008H .CRT$XPA                DATA
 0002:000002f8 00000008H .CRT$XPZ                DATA
 0002:00000300 00000008H .CRT$XTA                DATA
 0002:00000308 00000008H .CRT$XTZ                DATA
 0002:00000310 00000000H .gehcont$y              DATA
 0002:00000310 00000000H .gfids$y                DATA
 0002:00000310 000002f0H .rdata                  DATA
 0002:00000600 00000080H .rdata$CastGuardVftablesA DATA
 0002:00000680 00000080H .rdata$CastGuardVftablesC DATA
 0002:00000700 000001f4H .rdata$r                DATA
 0002:000008f4 000000a8H .rdata$voltmd           DATA
 0002:0000099c 000003c4H .rdata$zzzdbg           DATA
 0002:00000d60 00000008H .rtc$IAA                DATA
 0002:00000d68 00000008H .rtc$IZZ                DATA
 0002:00000d70 00000008H .rtc$TAA                DATA
 0002:00000d78 00000008H .rtc$TZZ                DATA
 0002:00000d80 00000418H .xdata                  DATA
 0002:00001198 000000ecH .xdata$x                DATA
 0002:00001284 00000000H .edata                  DATA
 0002:00001284 000000b4H .idata$2                DATA
 0002:00001338 00000018H .idata$3                DATA
 0002:00001350 00000278H .idata$4                DATA
 0002:000015c8 00000868H .idata$6                DATA
 0003:00000000 00020078H .data                   DATA
 0003:00020078 00000080H .data$r                 DATA
 0003:000200f8 00000028H .data$rs                DATA
 0003:00020120 000005f0H .bss                    DATA
 0004:00000000 000003b4H .pdata                  DATA
 0005:00000000 00000060H .rsrc$01                DATA
 0005:00000060 00000180H .rsrc$02                DATA

  Address         Publics by Value              Rva+Base               Lib:Object
  
 0003:00000000       ?data_arr@@3PAHA           0000000140006000     ccwindowsMain.obj
 0002:000003a8       ?Major_version@@3HD        00000001400043a8     ccwindowsMain.obj
 0002:000003ac       ?Minor_Version@@3MD        00000001400043ac     ccwindowsMain.obj
 0003:00020020       ?baseSignal@?1??parseSignal@@YAHH@Z@4HA 0000000140026020     ccwindowsMain.obj
 0003:00020000       ?base_str_0@@3V?$basic_string@DU?$char_traits@D@std@@V?$allocator@D@2@@std@@A 0000000140026000     ccwindowsMain.obj
 0002:000002c0       ?base_str_0$initializer$@@3P6AXXZEA 00000001400042c0     ccwindowsMain.obj
 0002:00000310       ??_C@_0BA@DGGOEDOG@sssssAAAAA00000@ 0000000140004310     ccwindowsMain.obj
 0002:000003b0       ??_C@_0BA@GADHIFOA@sssssAAAAA11111@ 00000001400043b0     ccwindowsMain.obj
 0002:000003c0       ??_C@_0BA@JKNNMPOK@sssssAAAAA22222@ 00000001400043c0     ccwindowsMain.obj

由以上代码可以看到， Major_version和Minor_Version放在只读数据区(.rdata)，baseSignal这个局部静态变量放在.data数据段，而字符串常量放在只读数据段.rdata。

注：这里用 volatile 是为了防止编译器优化。