如何解決C程序中Ubuntu、stm32的內(nèi)存分配問(wèn)題

這篇文章主要介紹了如何解決C程序中Ubuntu、stm32的內(nèi)存分配問(wèn)題，具有一定借鑒價(jià)值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

一、內(nèi)存分區(qū)概念介紹

1.1、C/C++編譯程序的內(nèi)存占用

1、棧區(qū)（stack）
由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。
2、堆區(qū)（heap）
一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收 。它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆不同，分配方式類似于鏈表。
3、全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）（static）
全局變量和靜態(tài)變量的存儲(chǔ)是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域， 未初始化的全局變量、未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。當(dāng)程序結(jié)束后，變量由系統(tǒng)釋放 。
4、文字常量區(qū)
存放常量字符串。當(dāng)程序結(jié)束后，常量字符串由系統(tǒng)釋放 。
5、程序代碼區(qū)
存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。

1、從靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域分配。內(nèi)存在程序編譯的時(shí)候就已經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在。例如全局變量，static變量。

2、在棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。
3、從堆上分配，亦稱動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時(shí)候用malloc或new申請(qǐng)任意多少的內(nèi)存，程序員自己負(fù)責(zé)在何時(shí)用free或delete釋放內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)存的生存期由程序員決定，使用非常靈活，但如果在堆上分配了空間，就有責(zé)任回收它，否則運(yùn)行的程序會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，頻繁地分配和釋放不同大小的堆空間將會(huì)產(chǎn)生堆內(nèi)碎塊。

1.2、棧和堆、全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)和常量存儲(chǔ)區(qū)的對(duì)比

1、棧區(qū)： 主要用來(lái)存放局部變量, 傳遞參數(shù), 存放函數(shù)的返回地址。.esp 始終指向棧頂, 棧中的數(shù)據(jù)越多, esp的值越小。

2、堆區(qū)： 用于存放動(dòng)態(tài)分配的對(duì)象, 當(dāng)你使用 malloc和new 等進(jìn)行分配時(shí),所得到的空間就在堆中。動(dòng)態(tài)分配得到的內(nèi)存區(qū)域附帶有分配信息, 所以你能夠 free和delete它們。

3、數(shù)據(jù)區(qū)： 全局，靜態(tài)和常量是分配在數(shù)據(jù)區(qū)中的，數(shù)據(jù)區(qū)包括bss（未初始化數(shù)據(jù)區(qū)）和初始化數(shù)據(jù)區(qū)。  

注意： 堆向高內(nèi)存地址生長(zhǎng)； 棧向低內(nèi)存地址生長(zhǎng)； 堆和棧相向而生，堆和棧之間有個(gè)臨界點(diǎn)，稱為stkbrk。

1.3、圖片說(shuō)明

補(bǔ)充：

Stack： 棧，存放Automatic Variables，按內(nèi)存地址由高到低方向生長(zhǎng)，其最大大小由編譯時(shí)確定，速度快，但自由性差，最大空間不大。

Heap： 堆，自由申請(qǐng)的空間，按內(nèi)存地址由低到高方向生長(zhǎng)，其大小由系統(tǒng)內(nèi)存/虛擬內(nèi)存上限決定，速度較慢，但自由性大，可用空間大。
每個(gè)線程都會(huì)有自己的棧，但是堆空間是共用的。

參考文獻(xiàn)：https://www.icode9.com/content-1-772915.html 

 二、C語(yǔ)言編程論證

1.1、Ubuntu測(cè)試代碼實(shí)現(xiàn)

1、main.c：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//定義全局變量
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( )
{   
	//定義局部變量
	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";
    //定義常量字符串
    char *var1 = "1234567890";
    char *var2 = "qwertyuiop";
    //動(dòng)態(tài)分配
    int *p1=malloc(4);
    int *p2=malloc(4);
    //釋放
    free(p1);
    free(p2);
    printf("棧區(qū)-變量地址\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堆區(qū)-動(dòng)態(tài)申請(qǐng)地址\n");
    printf("                   %p\n", p1);
    printf("                   %p\n", p2);
    printf("\n全局區(qū)-全局變量和靜態(tài)變量\n");
    printf("\n.bss段\n");
    printf("全局外部無(wú)初值 uninit_global_a：%p\n", &uninit_global_a);
    printf("靜態(tài)外部無(wú)初值 uninits_global_b：%p\n", &uninits_global_b);
    printf("靜態(tài)內(nèi)部無(wú)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("靜態(tài)外部有初值 inits_global_b：%p\n", &inits_global_b);
    printf("靜態(tài)內(nèi)部有初值 inits_local_c：%p\n", &inits_local_c);
    printf("\n文字常量區(qū)\n");
    printf("文字常量地址     ：%p\n",var1);
    printf("文字常量地址     ：%p\n",var2);
    printf("\n代碼區(qū)\n");
    printf("程序區(qū)地址       ：%p\n",&main);
    printf("函數(shù)地址         ：%p\n",&output);
    return 0;
}

2、使用命令創(chuàng)建一個(gè) main.c 文件：

gedit main.c

3、復(fù)制粘貼上述代碼

4、編譯執(zhí)行

gcc main.c -o main

./main

分析說(shuō)明：可以從上圖可以得出棧區(qū)內(nèi)存地址由高到低方向生長(zhǎng)，堆區(qū)內(nèi)存地址由低到高方向生長(zhǎng)。而且整個(gè)程序的內(nèi)存也是從高到低的地址進(jìn)行分配的。 

 1.2、STM32驗(yàn)證代碼實(shí)現(xiàn)

打開(kāi)之前做過(guò)的串口通訊實(shí)驗(yàn)代碼，在其中進(jìn)行修改，后面我也會(huì)給出先關(guān)串口鏈接

1、代碼更改

修改bsp_usart.h ：

添加頭文件：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

 修改bsp_usart.c ：

重寫(xiě) fputc 函數(shù)：

int fputc(int ch, FILE *f)
{
	USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t)ch);
	
	while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
	
	return (ch);
}

main.c ： 

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_usart.h"  //添加 bsp_usart.h 頭文件
 
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)
{	
	//定義局部變量
	int a=2;
	static int inits_local_c=2, uninits_local_c;
	int init_local_d = 1;
	char *p;
	char str[10] = "lyy";
	//定義常量字符串
	char *var1 = "1234567890";
	char *var2 = "qwertyuiop";
	//動(dòng)態(tài)分配
	int *p1=malloc(4);
	int *p2=malloc(4);
	USART_Config();//串口初始化
	output(a);
	//釋放
	free(p1);
	free(p2);
	printf("棧區(qū)-變量地址\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堆區(qū)-動(dòng)態(tài)申請(qǐng)地址\n");
	printf("                   %p\n", p1);
	printf("                   %p\n", p2);
	printf("\n全局區(qū)-全局變量和靜態(tài)變量\n");
	printf("\n.bss段\n");
	printf("全局外部無(wú)初值 uninit_global_a：%p\n", &uninit_global_a);
	printf("靜態(tài)外部無(wú)初值 uninits_global_b：%p\n", &uninits_global_b);
	printf("靜態(tài)內(nèi)部無(wú)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("靜態(tài)外部有初值 inits_global_b：%p\n", &inits_global_b);
	printf("靜態(tài)內(nèi)部有初值 inits_local_c：%p\n", &inits_local_c);
	printf("\n文字常量區(qū)\n");
	printf("文字常量地址     ：%p\n",var1);
	printf("文字常量地址     ：%p\n",var2);
	printf("\n代碼區(qū)\n");
	printf("程序區(qū)地址       ：%p\n",&main);
	printf("函數(shù)地址         ：%p\n",&output);
	return 0;
}

2、編譯輸出

3、燒錄

打開(kāi)串口調(diào)試助手，打開(kāi)串口后，按一下 RESET 鍵，顯示結(jié)果：

 4、分析說(shuō)明

   與Ubuntu一樣，stm32的棧區(qū)的地址值是從上到下減小的，堆區(qū)則是從上到下增長(zhǎng)的。從每個(gè)區(qū)來(lái)看，地址值是從上到下逐步減小的，即棧區(qū)的地址是高地址，代碼區(qū)的地址是處于低地址。

1.3、keil下stm32存儲(chǔ)觀察

stm32數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置

1、RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）
存儲(chǔ)的內(nèi)容可通過(guò)指令隨機(jī)讀寫(xiě)訪問(wèn)。RAM中的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在掉電是會(huì)丟失，因而只能在開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。其中RAM又可以分為兩種，一種是Dynamic RAM(DRAM動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器),另一種是Static RAM(SRAM,靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)。棧、堆、全局區(qū)（.bss段、.data段）都是存放在RAM中。
2、ROM（只讀存儲(chǔ)器）
只能從里面讀出數(shù)據(jù)而不能任意寫(xiě)入數(shù)據(jù)。ROM與RAM相比,具有讀寫(xiě)速度慢的缺點(diǎn)。但由于其具有掉電后數(shù)據(jù)可保持不變的優(yōu)點(diǎn)，因此常用也存放一次性寫(xiě)入的程序和數(shù)據(jù)，比如主版的BIOS程序的芯片就是ROM存儲(chǔ)器。代碼區(qū)和常量區(qū)的內(nèi)容是不允許被修改的，所以存放于ROM中。

查看：

分析說(shuō)明：

    從圖片中可以看出ROM的地址分配是從0x8000000開(kāi)始，整個(gè)大小為0x40000，這個(gè)部分用于存放代碼區(qū)和文字常量區(qū)。RAM的地址分配是從0x20000000開(kāi)始，其大小是0xC000，這個(gè)區(qū)域用來(lái)存放棧、堆、全局區(qū)（.bss段、.data段）。與代碼結(jié)果顯示進(jìn)行對(duì)比，也可以看出對(duì)應(yīng)得部分得地址與設(shè)置的是相對(duì)應(yīng)的。 

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