单片机的堆和栈(Heap & Stack)详解
原文链接:https://blog.csdn.net/emoeror_zhang/article/details/94737249
单片机的堆和栈(Heap & Stack)详解
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一、程序内存分配
由c/C++编译的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。其操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 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表,呵呵。
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。
二、在单片机中内存如何储存
以STM32单片机为例:
STM32的地址空间映射图
我们可以看到代码存储区域在CODE区域;
STM32的堆栈是存放在片上静态SRAM中的,地址分配可以见Keil的编译map文件:
代码来源地址:https://download.csdn.net/download/emoeror_zhang/11286638
HEAP 0x20000148 Section 512 startup_stm32f10x_hd.o(HEAP)
STACK 0x20000348 Section 1024 startup_stm32f10x_hd.o(STACK)
__initial_sp 0x20000748 Data 0 startup_stm32f10x_hd.o(STACK)
上面节选中, HEAP是堆的基地址,__initial_sp 是栈指针 。示意图如下:
三、堆栈地址的设置
在上述图和map中,我么可以看到堆的大小是0线0x200,也就是在0x20000148-0x20000348之间,而栈的地址大小是0x400,也就是在0x20000348-0x20000748。为什么他们的大小是这样的,是怎么由来的呢?
打开汇编文件startup_stm32f10x_hd.s,我们可以找到相对应的设置堆栈大小的程序,如图:
堆和栈,一般堆是由低地址往上增长,栈是由往下减少。都是连续的,C语言不提供内存保护机制类似的功能,如果堆一直增长,栈一直申请,然后就会导致栈溢出,从而导致程序崩溃。
四、变量储存位置分析
同样的,我们还是以上述的map文件为例子进行分析。
基础知识:
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.data: inited ,通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配
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.bss:zero,通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文BlockStarted by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。
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cstack:函数局部变量用的区域,所有的功能函数使用的局部变量都是从这个堆栈申请使用的,用完了再还回去。子函数里面用到的局部变量都是在这里面取来用的
如图所示,fac_ms和fac_us 在程序中是static变量类型,储存在0x20000000-0x20000148之间的位置,fac_ms在0x20000016,fac_us在0x20000014,那其他的地址处是什么数据呢?
继续在map里面寻找,找到如下图所示:
发现其余的地质处储存了全局变量数组,以及引用的库文件的全局变量。
在map里面我们看到,全局变量和静态变量储存的位置,和堆栈无关,那么堆栈储存的内容是什么呢?
五、堆栈存放内容
1、栈区
存放函数的参数值,局部变量的值等等临时变量,退出该作用域该临时变量就会自动释放。
2、堆区
系统会给每个程序分配一部分栈空间让他们能够运行起来,问题就是栈空间必然存在不够用的问题,而堆不属于程序,堆是独立的,是公用的。只要你malloc(sizeof(SIZE_YOU_WANT)),就可以得到相应一部分的堆空间。
简单的来说,就是当你使用的时候malloc申请一部分空间来使用,但是别忘记了使用完成之后free掉,不然往往会堆溢出,占用了栈的位置空间,导致程序奔溃。
总结:
如果我们设置了堆的空间大小,但是我们程序中没有进行malloc申请,那么在程序事假运行的时候,我们栈的空间超过本身设置的空间,进入到堆里面,那么程序是不会出错的,但是超过了堆的空间了,进入到全局变量区域,就会出现莫名其妙的错误。
不使用malloc,我们可以将堆设置成0,这是没有问题的,但是栈的空间大小要设置成合适的,不然就会因为栈溢出,进入harderror,程序奔溃。