ARM架构-内存与指针和堆栈的关系

梅尔文

已于 2024-12-03 18:09:30 修改

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分类专栏： ARM 文章标签：数据结构 mcu 单片机 c语言

于 2024-07-19 16:32:25 首次发布

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ARM架构与FreeRTOS中的内存管理（flash与SRAM,堆栈）-优快云博客

栈顶指的是当前栈指针(Stack Pointer, SP)所指向的内存地址。栈底指的是栈的起始地址，也就是栈区域在内存中的最低地址。在一个空栈中，栈顶是没有元素的，通常被定义为 -1 或 NULL。

对比看指针，当我们定义一个指针变量的时候，初值一定要将他赋成NULL，明确指针没有指向任何有效的内存地址，如果未初始化指针变量，指针变量会指向一个随机的内存地址，这个地址可以是一个已经被使用的地址，如果试图通过这个指针访问或操作这个内存区域，可能会导致程序崩溃，出现段错误(Segmentation Fault)。指针变量的起始地址就是栈底的地址。栈指针(SP)的变化，反映了指针变量在栈上的位置变化。

关于MCU的内存与指针，数组，函数的关系与操作：

第一，指针保存的是MCU的内存单元的地址，通过指针操作内存，如果第一次定义，那么int *ptr 就代表这个地址，如果第一次是 int *ptr = NULL；那么接下来 ptr 就代表这个指针的地址。如果我定义了一个指针 *ptr，要想获取这个指针变量的地址就要用 &ptr，要想获取这个指针变量的数据就要用 *ptr，这里的”*“代表的是解引，与我们第一次定义的指针变量的“ * ”不是一个含义。

如果我想让指针变量 *ptr 指向变量 value 在内存中的地址，需要用 int *ptr = &value，因为指针 int *ptr 代表的是物理地址（如果是A核就是逻辑地址，MCU一般没有MMU就是物理地址），或者int *ptr = NULL；ptr = &value

第二，在代码中定义一个数组，数组第一个元素的地址就是整个数组在内存中的起始地址，数组的各个元素在内存中是连续存放的，如果想知道数组的地址，用取地址运算符&来获取数组元素的地址，例如&array[i]可以得到数组第i个元素的地址，array[i] 获取的是数组中的数据。如果用指针访问数组，那就是说要将我们定义的指针变量的地址指向数组的起始地址，也就是 int *ptr = &arr[0] 或 int *ptr = arr。

第三，指针函数与函数指针

指针函数：是一个返回指针类型的函数，比如：int *get_max(int a, int b) { return &a; } ，他的返回值是一个地址，

函数指针：是一个指向函数的指针变量，比如：int (*ptr_max)(int, int) = get_max; 相当于用函数指针调用指针函数，也就是将指针函数返回的地址赋值给函数指针，也就相当于int (*ptr_max)(int, int) 变成了一个指针变量，相当于 int *ptr_Value = ptr_max(a, b); 或者 int *ptr_Value = NULL; ptr_Value = ptr_max(a, b);

一般在MCU中使用指针函数与函数指针的情况是在“回调函数”，“数据结构和算法”等。

举例回调函数，理解实现意图，用数组举例说明

定义一个数组，

数组的起始地址传递给指针变量

将指针变量当成数组用，获取当中的数据

举例指针函数

野指针常见的产生原因：

指针变量初值没有赋成NULL。
当函数返回时，它的堆栈会被销毁，其中的局部变量也就不再有效。但如果在函数外部还持有一个指向该局部变量的指针，它就会变成野指针。
如果通过指针访问数组元素时，下标越界访问了数组之外的内存，也会产生野指针。
当一个动态分配的内存块被释放(free)后，指向该内存块的指针就变成了野指针。

堆栈溢出常见的产生原因：

堆栈溢出相当于数组越界，栈内存用于存储函数调用的上下文信息和局部变量。

局部变量占用过多内存，超出任务定义的堆栈大小。
递归（递归调用就是一个函数在自己内部再次调用自己）调用深度过深或函数调用层次过深。
函数没有返回，没有 return 语句意味着函数无法主动返回，它创建的栈帧也无法被正常销毁，函数的栈帧会不断增加，造成栈空间耗尽，最终导致栈溢出(Stack Overflow)错误。
无限循环，每次循环都会在栈上压入新的栈帧。