C程序中Ubuntu、stm32的内存分配问题
作者：Lc-Yusheng
一、内存分区概念介绍
1.1、C/C++编译程序的内存占用
1、栈区（stack）
由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap）
一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。它与数据结构中的堆不同，分配方式类似于链表。
3、全局区（静态区）（static）
全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量、未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。当程序结束后，变量由系统释放 。
4、文字常量区
存放常量字符串。当程序结束后，常量字符串由系统释放 。
5、程序代码区
存放函数体的二进制代码。
1、从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
2、在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
3、从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。
1.2、栈和堆、全局/静态存储区和常量存储区的对比
1、栈区： 主要用来存放局部变量, 传递参数, 存放函数的返回地址。.esp 始终指向栈顶, 栈中的数据越多, esp的值越小。
2、堆区： 用于存放动态分配的对象, 当你使用 malloc和new 等进行分配时,所得到的空间就在堆中。动态分配得到的内存区域附带有分配信息, 所以你能够 free和delete它们。
3、数据区： 全局，静态和常量是分配在数据区中的，数据区包括bss（未初始化数据区）和初始化数据区。
注意： 堆向高内存地址生长； 栈向低内存地址生长； 堆和栈相向而生，堆和栈之间有个临界点，称为stkbrk。
1.3、图片说明
补充：
Stack： 栈，存放Automatic Variables，按内存地址由高到低方向生长，其最大大小由编译时确定，速度快，但自由性差，最大空间不大。
Heap： 堆，自由申请的空间，按内存地址由低到高方向生长，其大小由系统内存/虚拟内存上限决定，速度较慢，但自由性大，可用空间大。
每个线程都会有自己的栈，但是堆空间是共用的。
参考文献：https://www.icode9.com/content-1-772915.html
二、C语言编程论证
1.1、Ubuntu测试代码实现
1、main.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//定义全局变量
int init_global_a = 1;
int uninit_global_a;
static int inits_global_b = 2;
static int uninits_global_b;
void output(int a)
{
printf("hello");
printf("%d",a);
printf("\n");
}
int main( )
{
//定义局部变量
int a=2;
static int inits_local_c=2, uninits_local_c;
int init_local_d = 1;
output(a);
char *p;
char str[10] = "lyy";
//定义常量字符串
char *var1 = "1234567890";
char *var2 = "qwertyuiop";
//动态分配
int *p1=malloc(4);
int *p2=malloc(4);
//释放
free(p1);
free(p2);
printf("栈区-变量地址\n");
printf(" a：%p\n", &a);
printf(" init_local_d：%p\n", &init_local_d);
printf(" p：%p\n", &p);
printf(" str：%p\n", str);
printf("\n堆区-动态申请地址\n");
printf(" %p\n", p1);
printf(" %p\n", p2);
printf("\n全局区-全局变量和静态变量\n");
printf("\n.bss段\n");
printf("全局外部无初值 uninit_global_a：%p\n", &uninit_global_a);
printf("静态外部无初值 uninits_global_b：%p\n", &uninits_global_b);
printf("静态内部无初值 uninits_local_c：%p\n", &uninits_local_c);
printf("\n.data段\n");
printf("全局外部有初值 init_global_a：%p\n", &init_global_a);
printf("静态外部有初值 inits_global_b：%p\n", &inits_global_b);
printf("静态内部有初值 inits_local_c：%p\n", &inits_local_c);
printf("\n文字常量区\n");
printf("文字常量地址 ：%p\n",var1);
printf("文字常量地址 ：%p\n",var2);
printf("\n代码区\n");
printf("程序区地址 ：%p\n",&main);
printf("函数地址 ：%p\n",&output);
return 0;
}
2、使用命令创建一个 main.c 文件：
gedit main.c
3、复制粘贴上述代码
4、编译执行
gcc main.c -o main
./main
5、结果展示
分析说明：可以从上图可以得出栈区内存地址由高到低方向生长，堆区内存地址由低到高方向生长。而且整个程序的内存也是从高到低的地址进行分配的。
1.2、STM32验证代码实现
打开之前做过的串口通讯实验代码，在其中进行修改，后面我也会给出先关串口链接
1、代码更改
修改bsp_usart.h ：
添加头文件：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h>
修改bsp_usart.c ：
重写 fputc 函数：
int fputc(int ch, FILE *f)
{
USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t)ch);
while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
return (ch);
}
main.c ：
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_usart.h" //添加 bsp_usart.h 头文件
int init_global_a = 1;
int uninit_global_a;
static int inits_global_b = 2;
static int uninits_global_b;
void output(int a)
{
printf("hello");
printf("%d",a);
printf("\n");
}
int main(void)
{
//定义局部变量
int a=2;
static int inits_local_c=2, uninits_local_c;
int init_local_d = 1;
char *p;
char str[10] = "lyy";
//定义常量字符串
char *var1 = "1234567890";
char *var2 = "qwertyuiop";
//动态分配
int *p1=malloc(4);
int *p2=malloc(4);
USART_Config();//串口初始化
output(a);
//释放
free(p1);
free(p2);
printf("栈区-变量地址\n");
printf(" a：%p\n", &a);
printf(" init_local_d：%p\n", &init_local_d);
printf(" p：%p\n", &p);
printf(" str：%p\n", str);
printf("\n堆区-动态申请地址\n");
printf(" %p\n", p1);
printf(" %p\n", p2);
printf("\n全局区-全局变量和静态变量\n");
printf("\n.bss段\n");
printf("全局外部无初值 uninit_global_a：%p\n", &uninit_global_a);
printf("静态外部无初值 uninits_global_b：%p\n", &uninits_global_b);
printf("静态内部无初值 uninits_local_c：%p\n", &uninits_local_c);
printf("\n.data段\n");
printf("全局外部有初值 init_global_a：%p\n", &init_global_a);
printf("静态外部有初值 inits_global_b：%p\n", &inits_global_b);
printf("静态内部有初值 inits_local_c：%p\n", &inits_local_c);
printf("\n文字常量区\n");
printf("文字常量地址 ：%p\n",var1);
printf("文字常量地址 ：%p\n",var2);
printf("\n代码区\n");
printf("程序区地址 ：%p\n",&main);
printf("函数地址 ：%p\n",&output);
return 0;
}
2、编译输出
3、烧录
打开串口调试助手，打开串口后，按一下 RESET 键，显示结果：
4、分析说明
与Ubuntu一样，stm32的栈区的地址值是从上到下减小的，堆区则是从上到下增长的。从每个区来看，地址值是从上到下逐步减小的，即栈区的地址是高地址，代码区的地址是处于低地址。
1.3、keil下stm32存储观察
stm32数据的存储位置
1、RAM（随机存取存储器）
存储的内容可通过指令随机读写访问。RAM中的存储的数据在掉电是会丢失，因而只能在开机运行时存储数据。其中RAM又可以分为两种，一种是Dynamic RAM(DRAM动态随机存储器),另一种是Static RAM(SRAM,静态随机存储器)。栈、堆、全局区（.bss段、.data段）都是存放在RAM中。
2、ROM（只读存储器）
只能从里面读出数据而不能任意写入数据。ROM与RAM相比,具有读写速度慢的缺点。但由于其具有掉电后数据可保持不变的优点，因此常用也存放一次性写入的程序和数据，比如主版的BIOS程序的芯片就是ROM存储器。代码区和常量区的内容是不允许被修改的，所以存放于ROM中。
查看：
分析说明：
从图片中可以看出ROM的地址分配是从0x8000000开始，整个大小为0x40000，这个部分用于存放代码区和文字常量区。RAM的地址分配是从0x20000000开始，其大小是0xC000，这个区域用来存放栈、堆、全局区（.bss段、.data段）。与代码结果显示进行对比，也可以看出对应得部分得地址与设置的是相对应的。
三、总结
通过对C语言程序里全局变量、局部变量、堆、栈等概念的重温以及在不同平台进行编程验证，熟悉掌握了C语言中相关概念，并对整体的内存地址分配由高到低，以及栈区内存地址由高到低方向生长，堆区内存地址由低到高方向生长进行了验证。经过本次实验，主要是对C程序的内存分配有进一步的认识，知道一个C程序内存应该包括哪些部分。其中，主要是程序段、数据段、堆栈三个部分。不同系统下面，区域内的地址值变化是不相同。总的来说，是对内存的分配有了比较新的认识。
四、参考资料
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/110308101
https://blog.csdn.net/ssj925319/article/details/110727925?spm=1001.2014.3001.5501
USART串口通信：
链接: https://pan.baidu.com/s/1YspOK2I3Ddm5XntKXKRnXA
提取码: emev
到此这篇关于C程序中Ubuntu、stm32的内存分配问题的文章就介绍到这了,更多相关C程序Ubuntu、stm32的内存分配内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！