Ubuntu系统、STM32下堆、栈、全局、局部等变量学习

Ubuntu系统、STM32下堆、栈、全局、局部等变量学习

本文主要内容：

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。 

目录

一、 概念学习 

1.1 全局变量 & 局部变量

1.2 堆 & 栈

1、STM32中的堆栈

2、程序的内存分配

3、stm32数据的存储位置

4、示例程序

二、Ubuntu(x86)系统和STM32(Keil)中编程验证

2.1 代码编写

2.2 ubuntu运行

2.3 stm32(keil)运行

三、参考网站

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一、 概念学习  1.1 全局变量 & 局部变量

全局变量
在所有函数外部定义的变量称为全局变量（Global Variable），它的作用域默认是整个程序，也就是所有的源文件。

局部变量
定义在函数内部的变量称为局部变量（Local Variable），它的作用域仅限于函数内部， 离开该函数的内部就是无效的，再使用就会报错。

二者之间的区别

全局变量局部变量定义位置在方法外部，直接写在类中在方法内部作用范围整个类中都可以使用只能在方法中使用默认值如果没有赋值，则有默认值，规则同数组没有默认值，要使用必须手动赋值内存位置位于堆内存位于栈内存
1.2 堆 & 栈 1、STM32中的堆栈

单片机是一种集成电路芯片，集成CPU、RAM、ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能。CPU中包括了各种总线电路，计算电路，逻辑电路，还有各种寄存器。

stm32 有通用寄存器 R0‐ R15 以及一些特殊功能寄存器，其中包括了堆栈指针寄存器。
当stm32正常运行程序的时候，来了一个中断，CPU就需要将寄存器中的值压栈到RAM里，然后将数据所在的地址存放在堆栈寄存器中。
等中断处理完成退出时，再将数据出栈到之前的寄存器中，这个在C语言里是自动完成的。

2、程序的内存分配

一般程序占用的内存分为以下几个部分：

1、栈区（stack）— 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 *** 作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区（heap） — 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是两回事，分配方式类似于链表。

3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 程序结束后有系统释放

4、文字常量区—常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放

5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

 

正常的程序在内存中通常分为程序段、数据段、堆栈三部分。
程序段里放着程序的机器码、只读数据，这个段通常是只读，对它的写 *** 作是非法的。
数据段放的是程序中的静态数据。
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 *** 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。动态数据存放在堆栈中。

3、stm32数据的存储位置

RAM（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)。栈、堆、全局区（.bss段、.data段）都是存放在RAM中。
ROM（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,具有读写速度慢的缺点。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。代码区和常量区的内容是不允许被修改的，所以存放于ROM中。

4、示例程序

//main.cpp
int a = 0; //全局初始化区
int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
main() {
    int b; //栈
    char s[] = "abc"; //栈
    char *p2; //栈
    char *p3 = "123456"; //123456在常量区，p3在栈上。
    static int c = 0; //全局（静态）初始化区
    p1 = (char *)malloc(10);
    p2 = (char *)malloc(20);
    //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
    strcpy(p1, "123456"); //123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

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。

二、Ubuntu(x86)系统和STM32(Keil)中编程验证 2.1 代码编写

#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;//栈
	static int inits_local_c=2, uninits_local_c;
    int init_local_d = 1;//栈
    output(a);
    char *p;//栈
    char str[10] = "yaoyao";//栈
    //定义常量字符串
    char *var1 = "1234567890";
    char *var2 = "abcdefghij";
    //动态分配——堆区
    int *p1=malloc(4);
    int *p2=malloc(4);
    //释放
    free(p1);
    free(p2);
    printf("栈区-变量地址n");
    printf("                a：%pn", &a);
    printf("                init_local_d：%pn", &init_local_d);
    printf("                p：%pn", &p);
    printf("              str：%pn", str);
    printf("n堆区-动态申请地址n");
    printf("                   %pn", p1);
    printf("                   %pn", 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：%pn", &uninit_global_a);
    printf("静态外部无初值 uninits_global_b：%pn", &uninits_global_b);
    printf("静态内部无初值 uninits_local_c：%pn", &uninits_local_c);
    printf("n.data段n");
    printf("全局外部有初值 init_global_a：%pn", &init_global_a);
    printf("静态外部有初值 inits_global_b：%pn", &inits_global_b);
    printf("静态内部有初值 inits_local_c：%pn", &inits_local_c);
    printf("n文字常量区n");
    printf("文字常量地址     ：%pn",var1);
    printf("文字常量地址     ：%pn",var2);
    printf("n代码区n");
    printf("程序区地址       ：%pn",&main);
    printf("函数地址         ：%pn",&output);
    return 0;
}
 

2.2 ubuntu运行

• 首先vim .c文件 写入代码
• 进行gcc编译生成.o文件 
• 运行可执行文件

 

 可以看到地址值从上到下逐步增大，而不同的区从上到下依次减小。

2.3 stm32(keil)运行

串口

 

 

sys

RCC

 

时钟72

 

需要自行添加串口初始化函数

修改主函数

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#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");
}
 
 


 

 


 

 



 


 

 

 

 

 

void SystemClock_Config(void);

 

 


 

 

int main(void)
{
  
 
  
 
  
 
  
  HAL_Init();
 
  
 
  
 
  
  SystemClock_Config();
 
  
 
  
 
  
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  
 
  
 
  
  
 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：%pn", &a);
    printf("                init_local_d：%pn", &init_local_d);
    printf("                p：%pn", &p);
    printf("              str：%pn", str);
    printf("n堆区-动态申请地址n");
    printf("                   %pn", p1);
    printf("                   %pn", 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：%pn", &uninit_global_a);
    printf("静态外部无初值 uninits_global_b：%pn", &uninits_global_b);
    printf("静态内部无初值 uninits_local_c：%pn", &uninits_local_c);
    printf("n.data段n");
    printf("全局外部有初值 init_global_a：%pn", &init_global_a);
    printf("静态外部有初值 inits_global_b：%pn", &inits_global_b);
    printf("静态内部有初值 inits_local_c：%pn", &inits_local_c);
    printf("n文字常量区n");
    printf("文字常量地址     ：%pn",var1);
    printf("文字常量地址     ：%pn",var2);
    printf("n代码区n");
    printf("程序区地址       ：%pn",&main);
    printf("函数地址         ：%pn",&output);
    return 0;
 
  
}

 魔法棒勾选MicroLIB

 编译后无误经行烧录

 打开串口助手

 

三、参考网站

(21条消息) 基于ubuntu和stm32（keil5）的C程序的内存分配问题_浩923的博客-CSDN博客

(21条消息) Ubuntu系统、STM32下重温全局变量、局部变量、堆、栈。_Laul Ken-Yi的博客-CSDN博客