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[C++知识库]变量存储与Clion编辑器的学习与实践

目录

一、变量存储

1.内存分区概念

1.c语言在内存中分区
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。
2.动静态分配内存

属性描述
静态分配内存在程序编译和链接时就确定好的内存
动态分配内存在程序加载、调入、执行的时候分配 / 回收的内存

3.内存分区详解

属性描述
.text也称为代码段(Code)，用来存放程序执行代码，同时也可能会包含一些常量(如一些字符串常量等）。该段内存为静态分配，只读(某些架构可能允许修改)。 这块内存是共享的，当有多个相同进程(Process)存在时，共用同一个 text 段
.data也有的地方叫 GVAR (global value)，用来存放程序中已经初始化的非零全局变量。静态分配。data又可分为读写（RW）区域和只读（RO）区域。RO 段保存常量所以也被称为 .constdata ；RW 段则是普通非常全局变量，静态变量就在其中
.bss存放程序中为初始化的和零值全局变量。静态分配。在程序开始时通常会被清零

堆和栈都属于动态分配内存，两者空间大小都是可变的。

属性描述
Stack：栈存放 Automatic Variables ，按内存地址由高到低方向生长，其最大值由编译时确定，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。

在这里插入图片描述

2.STM32上分区验证

在串口通信所建的工程上修改代码
bsp_usart.h 文件：
添加头文件
在这里插入图片描述
bsp_usart.c 文件：
添加一个 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);
}

在这里插入图片描述
main.c 文件，编写如下代码：

#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;
}

编译烧录到板子上，打开野火调试助手
按下reset键得到如下结果：
在这里插入图片描述

3.在Ubuntu中进行分区验证

1.使用命令创建一个hello.c文件
在这里插入图片描述
输入以下代码：

#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] = "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;
}

编译执行文件
在这里插入图片描述
得到结果
在这里插入图片描述
从stm32和Ubuntu都可以看出：从高地址到低地址分区情况
在这里插入图片描述

二、Clion编辑器的学习与实践

1.Clion的下载与安装

下载传送门.
下载好之后进行安装 以下为安装步骤
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
等待安装完成。

2.安装clion的相关配置环境

安装MinGW
下载地址：https://sourceforge.net/projects/mingw-w64/files/Toolchains%20targetting%20Win64/Personal%20Builds/mingw-builds/.
在这里插入图片描述
下载后解压完成。
打开clion软件，点击New Project
在这里插入图片描述
点击file->setting->Build,Execution, Deployment->Embedded Development选择Tookchains
跟据刚刚下载的mingw64文件的路径将文件调价环境中，最后点击ok
在这里插入图片描述

3.安装OpenOCD环境

在这里插入图片描述
下载解压出来
按照以下步骤添加路径
在这里插入图片描述
点击ok就好了

3.利用clion点亮LED灯

1.打开clion软件，选择新建工程（New Project）
在这里插入图片描述
利用其打开STM32CubeMX
在这里插入图片描述
改选芯片为STM32F103C8
在这里插入图片描述
再进行芯片的相关设置
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
选择引脚作为输出口（PC13）
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

生成工程
返回到clion
在这里插入图片描述
回到clion软件中找到main.c文件，在main.c文件中找到while(1)语句，在该语句中添加如下代码

while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
		HAL_Delay(500);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
		HAL_Delay(500);
  }
  /* USER CODE END 3 */

在这里插入图片描述

进行编译
在这里插入图片描述
烧录
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
结果展示：
在这里插入图片描述

三、总结

Clion 是一个多功能跨平台的 IDE，很有使用价值。在通过Clion进行STM32点亮LED灯的过程中，它一方面调用 STM32CubeMX 直接建立了 HAL 工程，另一方面使用 CMake 编译器完成了代码编译。在这个过程中遇到了很多bug，一遍遍的删除，一遍遍的下载，终于是做了出来。

四、参考

基于ubuntu和stm32（keil5）的C程序的内存分配问题.
CLion2021 的详细安装并基于 CLion 实现 stm32F103 点亮 LED.
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