基于ubuntu,树莓派和stm32的C程序的内存分配问题

一、C程序的内存分配

  • 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。
  • 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。
  • 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 。
  • 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 。
  • 程序代码区
    存放函数体的二进制代码。

正常的程序在内存中通常分为程序段、数据段、堆栈三部分。
程序段里放着程序的机器码、只读数据,这个段通常是只读,对它的写操作是非法的。
数据段放的是程序中的静态数据。
堆栈是内存中的一个连续的块。一个叫堆栈指针的寄存器(SP)指向堆栈的栈顶。堆栈的底部是一个固定地址。堆栈有一个特点就是,后进先出。也就是说,后放入的数据第一个取出。它支持两个操作,PUSH和POP。PUSH是将数据放到栈的顶端,POP是将栈顶的数据取出。动态数据存放在堆栈中。

存储区图解
在这里插入图片描述

二、Ubuntu,树莓派,stm32开发板编程,输出信息进行验证

代码

#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;
}
  1. Ubuntu上运行
    在这里插入图片描述

  2. 树莓派上运行
    在这里插入图片描述

  3. stm32开发板上运行(代码需要添加串口初始化函数)
    在这里插入图片描述

    通过运行结果可以发现,Ubuntu在栈区和堆区的地址值都是从上到下增长的,树莓派和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。

在这里插入图片描述

  1. stm32数据的存储位置
    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。
    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。

  2. 查看stm32地址的分配
    在这里插入图片描述

    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

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

  1. C语言中,局部变量、全局变量、静态变量、堆、栈的内存地址
  2. 【IoT】STM32 内存分配详解
  3. 基于STM32分析栈、堆、全局区、常量区、代码区、RAM、ROM
  4. 局部变量、全局变量、堆、堆栈、静态和全局
  5. C语言一些变量的地址以及堆和栈的概念
  6. keil编译出现:error: declaration may not appear after executable statement in block
  7. 基于Ubuntu、树莓派、STM32分析C语言经编译后的分区情况

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