基于ubuntu和stm32（keil5）的C程序的内存分配问题

最新推荐文章于 2023-10-22 00:30:00 发布

浩923

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文章标签： c语言 ubuntu stm32 c++

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_57357292/article/details/121872783

本文详细介绍了C语言内存分区的概念，包括栈、堆、全局/静态存储区和文字常量区，并通过STM32和Ubuntu环境下的代码验证了内存分配。在STM32上实现了串口通信发送数据，展示了不同内存区域的地址。在Ubuntu中，同样通过程序验证了内存分区。分析了内存分区的布局，总结了内存分配的特点。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、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。

存储区图解
在这里插入图片描述

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

注：text 和 data 段都在可执行文件中，由系统从可执行文件中加载；而 bss 段不在可执行文件中，由系统初始化。这三段内存就组成了我们编写的程序的本体，但是一个程序运行起来，还需要更多的数据和数据间的交互，否则这个程序就是死的，无用的。所以我们还需要为更多的数据和数据交互提供一块内存——堆栈。

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。

对比内容	栈	堆	全局/静态存储区	常量存储区
存储内容	局部变量	变量	全局变量、静态变量	常量
作用域	函数作用域、语句块作用域	函数作用域、语句块作用域
编译期间大小是否确定	是	否	是	是
大小	1MB	4GB
内存分配方式	地址由高向低减少	地址由低向高增加
内容是否可以修改	是	是	否	否

二、STM32上分区验证

说明：本部分内容基于stm32f103c8tx芯片采用中断方式向上位机（win10）发送“hello windows”———USART串口通讯进行改进

1.代码编写

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

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

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;
}

在这里插入图片描述

2.编译烧录输出结果

编译：
在这里插入图片描述
烧录

打开串口助手，打开串口后，按一下芯片上的RESET，显示输出结果：

三、在Ubuntu中进行分区验证

使用命令创建一个hello.c文件

gedit hello.c

在这里插入图片描述
在hello.c文件中输入代码

#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;
}