C语言：内存分配---栈区、堆区、全局区、常量区和代码区

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一、C语言内存分区

C语言内存分区示意图如下：

1. 栈区

栈区介绍

• 栈区由编译器自动分配释放，由操作系统自动管理，无须手动管理。
• 栈区上的内容只在函数范围内存在，当函数运行结束，这些内容也会自动被销毁。
• 栈区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。
• 栈区是先进后出原则，即先进去的被堵在屋里的最里面，后进去的在门口，释放的时候门口的先出去。

存放内容

• 临时创建的局部变量和const定义的局部变量存放在栈区。
• 函数调用和返回时，其入口参数和返回值存放在栈区。

2. 堆区

堆区介绍

• 堆区由程序员分配内存和释放。
• 堆区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。

调用函数

• 用malloc等函数实现动态分布内存。

  void *malloc(size_t);
  

  参数size_t是分配的字节大小。
  返回值是一个void*型的指针，该指针指向分配空间的首地址。
  （void *型指针可以任意转换为其他类型的指针）

• 用free函数进行内存释放，否则会造成内存泄漏。

  void free(void * /*ptr*/);
  

  参数是开辟的内存的首地址。

3. 全局(静态)区

全局(静态)区介绍

• 通常是用于那些在编译期间就能确定存储大小的变量的存储区，但它用于的是在整个程序运行期间都可见的全局变量和静态变量。
• 全局区有 .bss段 和 .data段组成，可读可写。

.bss段

• 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量存放在.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，其内容由操作系统初始化。

.data段

• 已初始化的全局变量存放在.data段。
• 已初始化的静态变量存放在.data段。
• .data段占用可执行文件空间，其内容有程序初始化。

4. 常量区

• 字符串、数字等常量存放在常量区。
• const修饰的全局变量存放在常量区。
• 程序运行期间，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，其值不能修改（若修改则会出现错误）。
• 字符串常量和define定义的常量也有可能存放在代码区。

二、STM32存储器分配

1. 随机存储器—RAM

• RAM是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存（内存）。
• 它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。
• 当电源关闭时RAM不能保留数据（掉电数据消失哦）如果需要保存数据，就必须把它们写入一个长期的存储设备中（例如硬盘）。

2. 只读存储器—ROM

• ROM所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。
• ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变。

本文使用是STM32F103芯片，keil V5环境下默认的内存配置见下图：

• ROM区域是0x8000000开始，大小是0x10000，这片区域是只读区域，不可修改，存放代码区和常量区。
• RAM区域是0x20000000开始，大小是0x5000，这片区域是可读写区域，存放的是全局(静态)区、堆区和栈区。

该芯片的内部分区如下图所示：

三、基于STM32代码验证

1. 详细代码如下

#include "main.h"
#include  //用于字符串处理
#include 	//用于printf打印
#include  //用于分配堆区---调用malloc和free

#include "delay.h"
#include "uart3.h"
#include "led.h"

//全局区
		int 	q1;		//未初始化全局变量
static 	int 	q2;		//未初始化静态变量	
const  	int   	q3;		//未初始化只读变量		

		int   m1=1;		//已初始化全局变量
static  int   m2=2;		//已初始化静态变量

//常量区
const   int   m3=3;		//已初始化只读变量
				
int main(void)
{
	SystemCoreClockUpdate(); //设置系统时钟为72M
	LED_GPIO_Config();
	Uart3_init();
	
	while(1)
	{
		//栈区	
		int 	 mq1;			//未初始化局部变量
		int  	*mq2;			//未初始化局部指针变量
			
		int   	mq3=3;		//已初始化局部变量	
		char 	qq[10] = "hello"; //已初始化局部数组
		
		const  	int   mq4;			//未初始化局部只读变量
		const   int   mq5=3;		//已初始化局部只读变量
				
		//堆区
		int *p1 = malloc(4);    //已初始化局部指针变量p1
		int *p2 = malloc(4);    //已初始化局部指针变量p2		
				
		//全局区
		static 	int 	mp1;			//未初始化局部静态变量	
		static  int   mp2=2;		//已初始化局部静态变量
	
		//常量区
		char *vv = "I LOVE YOU";//已初始化局部指针变量
		char *mq = "5201314";
	
		printf("\n栈区-变量地址\n");
		printf("未初始化局部变量 		:0x%p\r\n",&mq1);
		printf("未初始化局部指针变量		:0x%p\r\n",&mq2);
		printf("已初始化局部变量			:0x%p\r\n",&mq3);
		printf("已初始化局部数组			:0x%p\r\n", qq );
		
		printf("未初始化局部只读变量 		:0x%p\r\n",&mq4);
		printf("已初始化局部只读变量		:0x%p\r\n",&mq5);
		
		printf("\n堆区-动态申请地址\r\n");
		printf("已初始化局部int型指针变量p1   :0x%p\r\n", p1);
		printf("已初始化局部int型指针变量p2   :0x%p\r\n", p2);

		printf("\n全局区-变量地址\n");
		printf("未初始化全局变量 	:0x%p\r\n",&q1);
		printf("未初始化静态变量		:0x%p\r\n",&q2);
		printf("未初始化只读变量		:0x%p\r\n",&q3);
		
		printf("已初始化全局变量 	:0x%p\r\n",&m1);
		printf("已初始化静态变量		:0x%p\r\n",&m2);

		printf("未初始化局部静态变量	 :0x%p\r\n",&mp1);
		printf("已初始化局部静态变量	 :0x%p\r\n",&mp2);			
		
		printf("\n常量区地址\n");
		printf("已初始化只读变量		  :0x%p\r\n",&m3);
		printf("已初始化局部指针变量	  :0x%p\r\n",vv );
		printf("已初始化局部指针变量	  :0x%p\r\n",mq );
		
		printf("\n代码区地址\n");
		printf("程序代码区main函数入口地址	:0x%p\n", main);

		led485_flicker();
		delay_ms(1000);
		
		free(p1);
		free(p2);        
	}
}

2. 运行结果如下

栈区-变量地址
未初始化局部变量 		:0x20000654
未初始化局部指针变量		:0x20000650
已初始化局部变量			:0x2000064c
已初始化局部数组			:0x20000640
未初始化局部只读变量		:0x2000063c
已初始化局部只读变量		:0x20000638

堆区-动态申请地址
已初始化局部指针变量p1   	:0x20000060
已初始化局部指针变量p2   	:0x20000068

全局区-变量地址
未初始化全局变量 		:0x20000014
未初始化静态变量			:0x20000018
未初始化只读变量		 	:0x2000001c
已初始化全局变量 	 	:0x20000020
已初始化静态变量		 	:0x20000024
未初始化局部静态变量	 	:0x20000028
已初始化局部静态变量	 	:0x2000002c

常量区地址
已初始化全局只读变量	  	:0x080011a4
已初始化局部指针变量	  	:0x08000e78
已初始化局部指针变量	  	:0x08000e84

代码区地址
程序代码区main函数入口地址	:0x08000d6d