Ubuntu、STM32下C语言程序内存分配问题

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本文主要内容为编写一个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。

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一、C程序的内存分配

C语言程序中的变量包含栈、堆、全局、局部等，简单回顾一下有关概念的释义

分区	作用
栈	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	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	所有的函数外部定义的变量，它的作用域是整个程序，也就是所有的源文件，包括c和h文件
局部	定义在函数体内部的变量，作用域仅限于函数体内部。离开函数体就会无效，再调用会出错

和Ubuntu下稍微有些不同，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。

二、Ubuntu下的验证

打开Ubuntu，新建C文件。在C文件中添加下面的代码

#include 
#include 
//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;
}

在终端输入以下命令编译然后运行

gcc test.c -o test
./test

得到输出

三、STM32下的验证

在之前串口通信的基础上，在对printf进行重定向后，修改main.c中的代码。在上面test.c代码的基础上添加必要的引用头文件语句和串口初始化语句。具体代码如下

#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "usart.h"

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);
	MyUSART_Init();//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;
}

实验结果如下

四、总结

通过本次实验对C程序的内存分配有了进一步的认识和理解，对以后更深层次的嵌入式开发打下基础。

五、参考资料

基于ubuntu，树莓派和stm32的C程序的内存分配问题_Harriet的博客-CSDN博客