编写一个C程序，重温全局变量、局部变量、堆、栈等概念，在Ubuntu（x86）系统和STM32(Keil)中分别进行编程、验证（STM32 通过串口printf 信息到上位机串口助手) 。归纳出Ubuntu、stm32下的C程序中堆、栈、全局、局部等变量的分配地址，进行对比分析。

一、C程序的内存分配

分区	作用
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。

存储区图解：
在这里插入图片描述

1.1 堆与栈

存储区	区别
堆	由系统自动分配。在windows下栈是向底地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域(它的生长方向与内存的生长方向相反)。栈的大小是固定的。如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。
栈	需程序员自己申请（调用malloc,realloc,calloc）,并指明大小，并由程序员进行释放。堆是高地址扩展的数据结构（它的生长方向与内存的生长方向相同），是不连续的内存区域。

1.2 全局变量与局部变量

变量	区别
全局变量	作用域为整个程序，存储在全局数据区中，生命期和主程序一样，随程序的销毁而销毁，在声明后程序的各个部分都可以用到
局部变量	作用域为当前函数或循环等，存储在栈区，在函数内部或循环内部，随函数的退出或循环退出就不存在了，只能在局部使用，函数内部会优先使用局部变量再使用全局变量。

二、Ubuntu和STM32下的输出验证

2.1 Ubuntu

首先创建一个.c文件

gedit test.c

添加如下代码：

#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] = "lmy";
    //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;
}

在这里插入图片描述
保存退出，编译运行代码。

gcc test.c -o test

./test

在这里插入图片描述

2.2 Keil

可用之前串口通信的代码进行修改，修改如下：
main.c

#include "usart.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

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)
{	
	uart_init(115200);	
		while(1)
	{
		//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] = "zls";
		//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);
		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;
  }
}

编译成功，显示效果如下：
在这里插入图片描述
烧录进去，显示效果如下：

三、总结

堆和栈，一般堆是由低地址往上（高地址）增长，栈是由高地址向下（低地址）增长。

四、参考链接

https://blog.csdn.net/m0_58414679/article/details/121979827?spm=1001.2014.3001.5501
https://blog.csdn.net/xinghuanmeiying/article/details/89385093

基于Ubuntu和STM32的C程序的内存分配问题

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