变量存储重温与Clion编辑器的学习与实践之在Ubuntu（x86）系统和STM32(Keil)中分别进行编程、验证全局变量等

一、实验要求

1、 编写一个C程序，重温全局变量、局部变量、堆、栈等概念，在Ubuntu（x86）系统和STM32(Keil)中分别进行编程、验证（STM32 通过串口printf 信息到上位机串口助手) 。归纳出Ubuntu、stm32下的C程序中堆、栈、全局、局部等变量的分配地址，进行对比分析。
2、安装Clion2021，采用一套新的嵌入式软件开发工具包（替代Keil），完成stm32F103 点亮LED的程序。

二、重温全局变量、局部变量、堆、栈等概念

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。

1.栈区（stack）
（1）临时创建的局部变量存放在栈区。
（2）函数调用时，其入口参数存放在栈区。
（3）函数返回时，其返回值存放在栈区。
（4）const定义的局部变量存放在栈区。
2、堆区（heap）
（1）堆区用于存放程序运行中被动态分布的内存段，可增可减。
（2）可以有malloc等函数实现动态分布内存。
（3）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。
4、.bss段
（1）未初始化的全局变量存放在.bss段。
（2）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。
（3）.bss段不占用可执行文件空间，其内容有操作系统初始化。
5、.data段
（1）已经初始化的全局变量存放在.data段。
（2）静态变量存放在.data段。
（3）.data段占用可执行文件空间，其内容有程序初始化。
（4）const定义的全局变量存放在.rodata段。
6、常量区
（1）字符串存放在常量区。
（2）常量区的内容不可以被修改。
7、代码区
（1）程序执行代码存放在代码区。
（2）字符串常量也有可能存放在代码区。

二、在Ubuntu（x86）系统和STM32(Keil)中分别进行编程、验证

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");
}

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] = "gt";
    //定义常量字符串
    char *var1 = "1234567890";
    char *var2 = "haohaoshahaizi";
    //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;
}

1.Ubuntu上运行:

2.stm32开发板上运行（代码需要添加串口初始化函数）

（1）通过stmcube创建工程框架

创建工程这里不介绍了，大家直接用下面的就好，直接修改main.c函数中的即可。
工程链接
链接：https://pan.baidu.com/s/1SWCUT1Hvw-hXiyj20IaX1A
提取码：x7ba
代码如下：

#include "usart.h"		
#include "delay.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");
}

int main(void)
{				 
	u16 t; u16 len; u16 times=0;
	Stm32_Clock_Init(9);	//??????
	delay_init(72);	  		//?????
	uart_init(72,115200); 	//??????115200
  	while(1)
	{
		//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] = "haohao";
    //定义常量字符串
    char *var1 = "1234567890";
    char *var2 = "haohaoshahaizi";
    //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;
	}	 
} 

点击魔法棒，勾选C99 Mode，

直接运行。

（2）.烧录文件

烧录文件，然后打开野火进行显示。

打开串口助手

三、总结

本次实验让我重温了变量存储、堆和栈的概念，同时了解到：
1.堆和栈空间分配：栈 向低地址扩展；堆 向高地址扩展
2.如果依次定义变量，先定义的栈变量的内存地址比后定义的栈变量的内存地址要大；先定义的堆变量的内存地址比后定义的堆变量的内存地址要小。
3.栈 临时变量，退出该作用域就会自动释放；堆 malloc变量，通过free函数释放。