gcc - 静态 C 变量未初始化

Question

我有一个未初始化的文件级静态 C 变量。

const size_t VGA_WIDTH = 80;
const size_t VGA_HEIGHT = 25;
static uint16_t* vgat_buffer = (uint16_t*)0x62414756; // VGAb
static char vgat_initialized= '\0';

特别是，vgat_initialized 在第一次被访问时并不总是 0。 (当然，这个问题只出现在某些机器上。)

我正在尝试编写自己的操作系统，所以我很确定这是我的链接器脚本的问题；但是，我不清楚在链接器生成的图像中应该如何组织变量(即，我不确定这个变量是否应该放在 .data 中，.bss，其他一些部分，等等)

VGA_WIDTH 和 VGA_HEIGHT 按预期放置在 .rodata 部分中。 vgat_buffer 被放置在 .data 部分，正如预期的那样(通过将此变量初始化为 0x62417656，我可以清楚地看到链接器将它放在哪里生成的图像文件。)

我不知道 vgat_initialized 应该去哪里。我在下面包含了汇编文件的相关部分。据我了解， .comm 指令应该为数据部分中的变量分配空间；但是，我不知道在哪里。查看链接器的映射文件也没有提供任何线索。

有趣的是，如果我将初始化更改为

 static char vgat_initialized= 'x';

一切都按预期工作:我可以清楚地看到变量在生成的图像文件中的位置(即，我可以在图像文件的 hexdump 中看到 x)。

---

从 C 文件生成的汇编代码:

.text
.LHOTE15:
    .local  buffer.1138
    .comm   buffer.1138,100,64
    .local  buffer.1125
    .comm   buffer.1125,100,64
    .local  vgat_initialized
    .comm   vgat_initialized,1,1
    .data
    .align 4
    .type   vgat_buffer, @object
    .size   vgat_buffer, 4
vgat_buffer:
    .long   1648445270
    .globl  VGA_HEIGHT
    .section    .rodata
    .align 4
    .type   VGA_HEIGHT, @object
    .size   VGA_HEIGHT, 4
VGA_HEIGHT:
    .long   25
    .globl  VGA_WIDTH
    .align 4
    .type   VGA_WIDTH, @object
    .size   VGA_WIDTH, 4
VGA_WIDTH:
    .long   80
    .ident  "GCC: (GNU) 4.9.2"

Answer 1

编译器当然可以符合他们自己的部分名称，但使用我们从特定编译器中知道的常见 .data、.text、.rodata、.bss，这应该放在 .bss 中。

但这不会以任何方式自动将其归零。需要一种机制，有时取决于您的工具链，工具链会处理它并创建一个二进制文件，除了.data，.rodata(当然还有.text)被填充将在二进制文件中填充.bss。但取决于一些事情，主要是这是一个简单的 ram only 镜像，是链接描述文件中的一个内存空间定义下的所有内容。 例如，您可以将 .data 放在链接器脚本中的 .bss 之后，并根据您使用的二进制格式和/或转换工具，您最终可能会在没有任何其他工作的情况下将二进制中的内存归零。

通常，尽管您应该期望使用特定于工具链的(链接器脚本是特定于链接器的，而不是假定对所有工具都通用)机制来定义 .bss 从您的角度来看的位置，然后从链接器进行某种形式的通信它从哪里开始以及大小，该信息由 Bootstrap 使用，在这种情况下， Bootstrap 将其归零，并且人们可以假设它始终是 Bootstrap 将 .bss 归零的工作，当然也有一些异常(exception)。同样，如果二进制文件打算在只读媒体(rom、flash 等)上，但 .data 和 .bss 是读/写的，则您需要在此媒体上拥有完整的 .data，那么必须有人将其复制到它在 ram 中的运行时位置，而 .bss 是其中的一部分，具体取决于工具链以及您如何使用它，或者起始地址和大小位于只读媒体上，并且有人必须在某些时候将该空间归零 pre-main() .这又是 Bootstrap 的工作。设置堆栈指针，如果需要移动 .data，零 .bss 是 Bootstrap 的典型最小作业，您可以在特殊情况下缩短它们或避免使用 .data 或 .bss。

因为链接器的工作是从被链接的对象中获取所有小的 .data 和 .bss(和其他)定义，并根据用户的指示(链接器脚本、命令行、该工具使用的任何内容)将它们组合起来，链接器最终知道。

在 gcc 的情况下，您使用我称之为在链接描述文件中定义的变量，链接描述文件可以用匹配的变量/标签名称为汇编程序填充这些值，这样就可以使用通用 Bootstrap ，并且您不需要做更多的工作。

像这样，但可能更复杂

MEMORY
{
    bob : ORIGIN = 0x8000, LENGTH = 0x1000
    ted : ORIGIN = 0xA000, LENGTH = 0x1000
}

SECTIONS
{
   .text : { *(.text*) } > bob
   __data_rom_start__ = .;
   .data : {
    __data_start__ = .;
    *(.data*)
   } > ted AT > bob
   __data_end__ = .;
   __data_size__ = __data_end__ - __data_start__;
   .bss  : {
   __bss_start__ = .;
   *(.bss*)
   } > bob
   __bss_end__ = .;
   __bss_size__ = __bss_end__ - __bss_start__;
}

然后你可以将它们拉入汇编语言 Bootstrap

.globl bss_start
bss_start: .word __bss_start__
.globl bss_end
bss_end: .word __bss_end__
.word __bss_size__
.globl data_rom_start
data_rom_start:
.word __data_rom_start__
.globl data_start
data_start:
.word __data_start__
.globl data_end
data_end:
.word __data_end__
.word __data_size__

然后编写一些代码来根据您的设计需要对它们进行操作。

您可以简单地将类似的东西放在汇编语言文件中的链接中，而无需其他代码使用它们并汇编，编译其他代码和链接，然后您喜欢的反汇编或其他工具将向您显示链接器生成的内容，调整直到如果您满意，那么您可以编写或借用或窃取引导代码来使用它们。

对于裸机，我不希望我的代码完全符合标准，没有任何 .data 并且不希望 .bss 为零，因此我的 Bootstrap 设置堆栈指针并调用 main，完成。对于操作系统，您应该遵守。工具链已经为 native 平台解决了这个问题，但是如果您使用自己的链接器脚本和 boostrap 来接管它，那么您需要处理它，如果您想为现有操作系统使用现有的工具链解决方案，那么...... .done...就这样做吧。