基于ubuntu和stm32的C程序的内存分配问题
一、c语言程序内存分配
- 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。
二、ubuntu下的C程序内存分配
- c程序
#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;
}
- 运行效果
- 内存分配分析
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。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。
三、STM32下的C程序内存分配
- CUBEMX建立过工程：
设置串口
设置时钟：
- 修改main函数
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#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");
}
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
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;
/* USER CODE END 3 */
}
- options设置：
点击target，选上use microlib使用微库
- 编译通过，生成hex文件
编译后，我们可以看到存在Code、RO-data、RW-data、ZI-data四个代码段大小。其中Code是代码占用大小，RO-data是只读常量、RW-data是已初始化的可读可写变量，ZI-data是未初始化的可读可写变量。
我们需要知道RAM和ROM的使用情况，可以使用下面的公式进行计算：
**RAM = RW-data + ZI-data
ROM = Code + RO-data + RW-data
Flash=Code + RO Data + RW Data
这个是 MDK 编译之后能够得到的每个段的大小，也就能得到占用相应的FLASH和RAM的大小，但是还有两个数据段堆和栈也会占用RAM，但只是在程序运行的时候。
-
串口输出效果
-
内存分配分析（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。 -
查看stm32地址的分配
① 默认分配的ROM区域是0x8000000开始，大小是0x80000的一片区域，那么这篇区域是只读区域，不可修改，也就是存放的代码区和常量区
② 默认分配的RAM区域是0x20000000开始，大小是0x10000的一片区域，这篇区域是可读写区域，存放的是静态区、栈区和堆区。
四、总结
- 本次实验通过对c程序的基于不同平台上的内存分配问题的分析，得知Ubuntu在栈区和堆区的地址值都是从上到下增长的，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。