C程序中Ubuntu、stm32的内存分配问题
一、内存分区概念介绍
1.1、C/C++编译程序的内存占用
1、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。
2、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。
3、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 。
4、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 。
5、程序代码区
存放函数体的二进制代码。
1、从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
2、在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
3、从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。
1.2、栈和堆、全局/静态存储区和常量存储区的对比
1、栈区： 主要用来存放局部变量, 传递参数, 存放函数的返回地址。.esp 始终指向栈顶, 栈中的数据越多, esp的值越小。
2、堆区： 用于存放动态分配的对象, 当你使用 malloc和new 等进行分配时,所得到的空间就在堆中。动态分配得到的内存区域附带有分配信息, 所以你能够 free和delete它们。
3、数据区： 全局，静态和常量是分配在数据区中的，数据区包括bss（未初始化数据区）和初始化数据区。
注意： 堆向高内存地址生长； 栈向低内存地址生长； 堆和栈相向而生，堆和栈之间有个临界点，称为stkbrk。
1.3、图片说明
补充：
Stack： 栈，存放Automatic Variables，按内存地址由高到低方向生长，其最大大小由编译时确定，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。
每个线程都会有自己的栈，但是堆空间是共用的。
参考文献：https://www.icode9.com/content-1-772915.html
二、C语言编程论证
1.1、Ubuntu测试代码实现
1、main.c：
#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;
}
2、使用命令创建一个 main.c 文件：
gedit main.c
3、复制粘贴上述代码
4、编译执行
gcc main.c -o main
./main
5、结果展示
分析说明：可以从上图可以得出栈区内存地址由高到低方向生长，堆区内存地址由低到高方向生长。而且整个程序的内存也是从高到低的地址进行分配的。
1.2、STM32验证代码实现
打开之前做过的串口通讯实验代码，在其中进行修改，后面我也会给出先关串口链接
1、代码更改
修改bsp_usart.h ：
添加头文件：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h>
修改bsp_usart.c ：
重写 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);
}
main.c ：
#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;
}
2、编译输出
3、烧录
打开串口调试助手，打开串口后，按一下 RESET 键，显示结果：
4、分析说明
与Ubuntu一样，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。
1.3、keil下stm32存储观察
stm32数据的存储位置
1、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。
2、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：
分析说明：
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
通过对C语言程序里全局变量、局部变量、堆、栈等概念的重温以及在不同平台进行编程验证，熟悉掌握了C语言中相关概念，并对整体的内存地址分配由高到低，以及栈区内存地址由高到低方向生长，堆区内存地址由低到高方向生长进行了验证。经过本次实验，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
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/110308101
https://blog.csdn.net/ssj925319/article/details/110727925?spm=1001.2014.3001.5501
USART串口通信：
链接: https://pan.baidu.com/s/1YspOK2I3Ddm5XntKXKRnXA
提取码: emev
