C++ 内存布局、编译流程与关键字链接性

1. 内存布局

1.1 Linux C++ 内存布局示意

高地址 +---------------------------+
| 栈 (Stack) | ← 局部变量、函数参数、返回地址 |
↓ 增长 |
(向下增长)
+---------------------------+
|
|
空闲区域 |
|
+---------------------------+
| 堆 (Heap) | ← 动态分配 (new/malloc) |
↑ 增长 |
(向上增长)
+---------------------------+
| 内存映射段 (mmap) | ← 共享库、动态映射、大分配
+---------------------------+
| BSS 段 | ← 未初始化的全局/静态变量
+---------------------------+
| 数据段 (.data) | ← 已初始化的全局/静态变量 (可读写)
+---------------------------+
| 只读数据段 (.rodata) | ← 常量、字符串字面量 (只读)
+---------------------------+
| 代码段 (.text) | ← 程序指令 (只读 + 可执行)
+---------------------------+
低地址

1.2 内存布局由谁规定

链接脚本的作用：

• 内存映射：将程序逻辑段（代码/数据）映射到物理内存（FLASH/RAM）
• 地址分配：精确控制各段在内存中的位置和布局
• 符号定义：生成关键地址符号供启动文件和 C 代码使用
• 优化控制：决定哪些段保留/丢弃，影响最终固件大小

一个 ARMv7-M 架构的硬件的链接脚本如下，其内存布局与 Linux C++ 不同：

/* ========================================================================
 * 1. 程序入口点
 * ======================================================================== */
ENTRY(Reset_Handler)

/* ========================================================================
 * 2. 定义变量栈顶 _estack - 从 RAM 顶部开始向下生长
 * 计算：0x20000000 + 32KB = 0x20008000
 * ======================================================================== */
_estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM);

/* ========================================================================
 * 3. 物理内存定义 - STM32G431RBT6 固定配置
 * ======================================================================== */
MEMORY {
  FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128K /* 程序存储区 */
  RAM (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 32K /* 数据运行区 */
}

/* ========================================================================
 * 4. 内存段布局，定义段映射规则
 * 每个 { ... } 块是一个输出段
 * 书写顺序决定了不同段在内存中的物理排列顺序
 * VMA（Virtual Memory Address）：程序运行时该段所在的地址
 * LMA（Load Memory Address）：该段在存储介质中的地址，AT 用于显示指定 LMA
 * . 是当前位置计数器（location counter）
 * 它的值是 当前输出段的 VMA，即程序运行时该位置的地址
 * ======================================================================== */
SECTIONS {
  /* --------------------------------------------------------------
   * 4.1 中断向量表 - 位于 FLASH 起始地址：0x08000000
   * Cortex-M4 硬件要求：前 8 字节 = [栈顶，复位地址]
   * -------------------------------------------------------------- */
  .isr_vector : {
    . = ALIGN();
    KEEP(*(.isr_vector)) 
    KEEP(*(.vectors)) 
    . = ALIGN();
  } > FLASH 

  
  .text : {
    . = ALIGN();
    *(.text*) 
    *(.glue_7) 
    *(.glue_7t)
    *(.eh_frame) 
    . = ALIGN();
    _etext = .; 
  } > FLASH 

  
  .rodata : {
    . = ALIGN();
    *(.rodata*)
    *(.rodata.*)
    . = ALIGN();
  } > FLASH 

  
  _sidata = LOADADDR(.data);

  
  .data : {
    . = ALIGN();
    _sdata = .; 
    *(.data*)
    *(.data.*)
    . = ALIGN();
    _edata = .; 
  } > RAM AT > FLASH 
  . = ALIGN();

  
  .bss : {
    _sbss = .;
    *(.bss*)
    *(.bss.*)
    *(COMMON) 
    . = ALIGN();
    _ebss = .;
  } > RAM 

  
  .ARM.attributes  : { *(.ARM.attributes) }

  
  /DISCARD/ : {
    *(.ARM.exidx*) 
    *(.ARM.extab*) 
    *(.init) 
    *(.fini)
    *(.preinit_array*) 
    *(.init_array*) 
    *(.fini_array*) 
    *(.note.gnu.build-id) 
  }
}