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：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。
存储区图解如下：
二、Ubuntu系统进行验证
进入Ubuntu后，打开终端
新建一个text.c文件
gedit text.c
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;
}
接着进入编译
gcc text.c -o text
运行：
./text
运行结果如下：
可以看出：Ubuntu在栈区和堆区的地址值都是从上到下逐渐增大的
三、STM32(Keil)中进行验证
1、新建工程
打开STM32cubeMX程序，点击File下的New Project新建一个工程
选择STM32F103C8，先点击中间出现的芯片的信息栏，再点击Start Project就行了
点击System Core，进入里面的SYS，在debug那里选择Serial Wire
点击RCC，将HSE那里设置为Crystal/Ceramic Resonator
接着点击Connnectivity，选择USART1串口1（即最小芯片RXD引脚接A10，TXD引脚接A9），Mode选择Asynchronous，此时在下面就可以看到配置的一些信息，包括波特率、字长、校验位和停止位等
来到Project Manager界面，自定义自己的工程名和工程路径，将IDE那项改为MDK-ARM，版本根据自己的需求选择
进入Code Generate界面，勾选生成初始化.c/.h文件
最后点击GENERATE CODE，生成代码
2、代码添加
进入路径，打开MDK-ARM子文件夹，通过keil打开刚刚生成的项目
由于要使用 printf、 scanf 等C语言标准函数库输入输出函数，我们要进行一些配置：
点击Options for Target
在Target界面勾选中use MicroLIB，点击OK即可
2.1. usart.c文件的添加
重定向printf函数代码如下：
// 重定向函数
int fputc(int ch,FILE *f)
{
uint8_t temp[1]={ch};
HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,2); //UartHandle是串口的句柄
}
注意:定义重定向printf函数记得加stdio.h头文件
2.2. main.c代码的添加
在图示位置添加头文件和定义全局变量
添加的代码如下：
#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");
}
找到main函数，将while语句修改为以下代码：
//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);
3、编译并烧录
点击编译按钮进行编译，生成.hex文件
打开烧录软件，选择生成的.hex文件，开始编程进行烧录
4、运行结果
打开野火串口调试助手程序，打开串口
可以看出：stm32的栈区的地址值是从上到下逐渐减小的，而堆区则是从上到下增长的
四、基于STM32进行内存分析
在一个STM32程序代码中，从内存高地址到内存低地址，依次分布着栈区、堆区、全局区（静态区）、常量区、代码区，其中全局区中高地址分布着.bss段，低地址分布着.data段。
总的分布如下所示：
- 栈区（stack）
临时创建的局部变量存放在栈区；
函数调用时，其入口参数存放在栈区；
函数返回时，其返回值存放在栈区；
const定义的局部变量存放在栈区。 - 堆区（heap）
堆区用于存放程序运行中被动态分布的内存段，可增可减；
可以有malloc等函数实现动态分布内存；
有malloc函数分布的内存，必须用free进行内存释放，否则会造成内存泄漏。 - 全局区（静态区）
全局区有.bss段和.data段组成，可读可写。 - .bss段
未初始化的全局变量存放在.bss段；
初始化为0的全局变量和初始化为0的静态变量存放在.bss段；
.bss段不占用可执行文件空间，其内容有操作系统初始化。 - .data段
已经初始化的全局变量存放在.data段；
静态变量存放在.data段；
.data段占用可执行文件空间，其内容有程序初始化；
const定义的全局变量存放在.rodata段。 - 常量区
字符串存放在常量区；
常量区的内容不可以被修改。 - 代码区
程序执行代码存放在代码区。
字符串常量也有可能存放在代码区。
不同数据的存放位置
RAM又称随机存取存储器，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)。
ROM又称只读存储器，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。
由前面的分析我们知道，代码区和常量区的内容是不允许被修改的，ROM（STM32就是Flash Memory）也是不允许被修改的，所以代码区和常量区的内容编译后存储在ROM中；
而栈、堆、全局区（.bss段、.data段）都是存放在RAM中。
查看stm32地址的分配
基于上面的工程，点击魔法棒
进入options页面，点击Target可以看到stm32的地址分配
从图中可以看出：
ROM的地址分配是从0x8000000开始，整个大小为0x10000，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0x5000，这个区域用来存放栈、堆、全局区（.bss段、.data段）。
Keil 的Build Output窗口
如上图所示，存在Code、RO-data、RW-data、ZI-data四个代码段的大小。
其中Code就是代码占用大小，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。
有些时候，我们需要知道RAM和ROM的使用情况如何，那么我们就可以使用下面的公式计算：
RAM = RW-data + ZI-data
ROM = Code + RO-data + RW-data
五、小结
通过这次实验，对C程序的内存分配有了一定的认识，知道了一个C程序的内存包括哪些部分，另外，还知道了在不同的系统下，区域内的地址值变化是不相同。
顺便提一句，原来Keil 里的Build Output窗口也是有“故事的”。
参考链接
1、https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/110308101
2、https://blog.csdn.net/qq_54496810/article/details/120933912
3、https://my.oschina.net/mizhinian/blog/4472814