【嵌入式】Ubuntu、stm32下的C程序中堆、栈、全局、局部等变量的分配地址

一、总体介绍

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）、常量去、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。总的分布如下图所示

下面分别对每一个区做详细的介绍。

1.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。

2.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。

3.全局区（静态区）

全局区有.bss段和.data段组成，可读可写。

（1）.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。

（2）.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。

4.常量区

• 字符串存放在常量区。
• 常量区的内容不可以被修改。

5.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。

6.RAM和ROM、Flash Memory的物理特性

（1）RAM

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)。

（2）ROM

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,具有价格高,容量小的缺点。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。

（3）Flash Memory

由于ROM具有不易更改的特性，后面就发展了Flash Memory。Flash Memory不仅具有ROM掉电不丢失数据的特点，又可以在需要的时候对数据进行更改，不过价格比ROM要高。

7.不同数据的存放位置

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。

至此，关于不同数据存放哪个区域已经全部介绍完了。下面还将介绍一下Keil 的Build Output窗口。

8.Keil 的Build Output窗口

如上图，存在Code、RO-data、RW-data、ZI-data四个代码段大小。

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
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也会占用RAM，但是是在程序运行的时候，才会占用，那就是堆和栈。

在stm32的启动文件.s文件里面，就有堆栈的设置，其实这个堆栈的内存占用就是在上面RAM分配给RW-data+ZI-data之后的地址开始分配的。

堆 是编译器调用动态内存分配的内存区域；

栈 是程序运行的时候局部变量的地方，所以局部变量用数组太大了都有可能造成栈溢出。

堆栈的大小在编译器编译之后是不知道的，只有运行的时候才知道，所以需要注意不要造成堆栈溢出，会出现 hardfault 问题。

二、堆和栈的比较

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。
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