一、整体简介

1、内存介绍

C语言在内存中一共分为如下几个区域，分别是：

1. 内存栈区： 存放局部变量名；
2. 内存堆区： 存放new或者malloc出来的对象；
3. 常数区： 存放局部变量或者全局变量的值；
4. 静态区： 用于存放全局变量或者静态变量；
5. 代码区：二进制代码。
   知道如上一些内存分配机制，有助于我们理解指针的概念。

C/C++不提供垃圾回收机制，因此需要对堆中的数据进行及时销毁，防止内存泄漏，使用free和delete销毁new和malloc申请的堆内存，而栈内存是动态释放。

2、内存区域的简介

一个由c/C++编译的程序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。
• 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（RW）， 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（ZI）。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 （RO）
• 5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。 （RO）

3、c语言内存的分配方式

• 1、静态存储区分配
  内存分配在程序编译之前完成，且在程序的整个运行期间都存在，例如全局变量、静态变量等。

• 2、栈上分配
  在函数执行时，函数内的局部变量的存储单元在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动释放。

• 3、堆上分配
  堆分配（又称动态内存分配）。程序在运行时用malloc或者new申请内存，程序员自己用free或者delete释放，动态内存的生存期由我们自己决定。

4、堆和栈的简介

栈：主要存放基本类型数据（byte、short、int、long、float、double、char、boolean）和对象的引用变量。

优点：存取速度比较快，仅次于寄存器。
缺点：存在栈中的数据大小与生存期必须确定，缺乏灵活性。

堆：主要存放对象实体，是一个运行时数据区，类的对象和数组从中分配空间（通过new、new array等指令建立）。

优点：不需要程序代码显式的释放，堆是由垃圾回收机制来负责的；可以动态的分配内存大小。
缺点：由于要在运行时动态的分配内存，存取速度较慢。

常量池：放public static final定义的常量
静态域：存放静态成员（static定义的）

二、Ubuntu环境下的程序编译

1、程序1

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
 
void before()
{
 
}
 
char g_buf[16];
char g_buf2[16];
char g_buf3[16];
char g_buf4[16];
char g_i_buf[]="123";
char g_i_buf2[]="123";
char g_i_buf3[]="123";
 
void after()
{
 
}
 
int main(int argc, char **argv)
{
        char l_buf[16];
        char l_buf2[16];
        char l_buf3[16];
        static char s_buf[16];
        static char s_buf2[16];
        static char s_buf3[16];
        char *p_buf;
        char *p_buf2;
        char *p_buf3;
 
        p_buf = (char *)malloc(sizeof(char) * 16);
        p_buf2 = (char *)malloc(sizeof(char) * 16);
        p_buf3 = (char *)malloc(sizeof(char) * 16);
 
        printf("g_buf: 0x%x\n", g_buf);
        printf("g_buf2: 0x%x\n", g_buf2);
        printf("g_buf3: 0x%x\n", g_buf3);
        printf("g_buf4: 0x%x\n", g_buf4);
 
        printf("g_i_buf: 0x%x\n", g_i_buf);
        printf("g_i_buf2: 0x%x\n", g_i_buf2);
        printf("g_i_buf3: 0x%x\n", g_i_buf3);
 
        printf("l_buf: 0x%x\n", l_buf);
        printf("l_buf2: 0x%x\n", l_buf2);
        printf("l_buf3: 0x%x\n", l_buf3);
 
        printf("s_buf: 0x%x\n", s_buf);
        printf("s_buf2: 0x%x\n", s_buf2);
        printf("s_buf3: 0x%x\n", s_buf3);
 
        printf("p_buf: 0x%x\n", p_buf);
        printf("p_buf2: 0x%x\n", p_buf2);
        printf("p_buf3: 0x%x\n", p_buf3);
 
        printf("before: 0x%x\n", before);
        printf("after: 0x%x\n", after);
        printf("main: 0x%x\n", main);
 
        if (argc > 1)
        {
                strcpy(l_buf, argv[1]);
        }
        return 0;
}

效果图：

代码分析：

l_buf/l_buf2/l_buf3 ，直接定义，是由编译器自动分配的，存储在栈中
s_buf/s_buf2/s_buf3，定义static，编译器编译时分配内存。为全局变量，在全局初始化区
p_buf/p_buf2/p_buf3，定义指针变量，存储在栈中
p_buf/p_buf2/p_buf3他们指向的空间，通过malloc申请空间，存放在堆中
g_buf/g_buf2/g_buf3/g_buf4/，定义的为全局变量，在全局初始化区

2、程序2

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//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;
}

效果图：

• 代码结果分析：Ubuntu在栈区和堆区的地址值都是从上到下依次增大的

三、keil编译并通过上位机展示

1、主函数代码

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "beep.h"
static unsigned int val1 = 1;        //data段
unsigned int val2 = 1;               //初始化的全局变量data段
unsigned int val3 ;                  //未初始的在bsss段
const unsigned int val4 = 1;         //常量在rodata段，只读
unsigned char Demo(unsigned int num)
{
	char var;               //栈区，123456，存放在常量区
	unsigned int num1=1;            //栈区
  static unsigned int num2=0;      //,data段
  const unsigned int num3 =7;       //栈区
	printf("val1:	0x%x\r\n",&val1);
	printf("val2:	0x%x\r\n",&val2);
	printf("val3:	0x%x\r\n",&val3);
	printf("val4:	0x%x\r\n",&val4);
	printf("var:	0x%x\r\n",&var);
	printf("num1:	0x%x\r\n",&num1);
	printf("num2	0x%x\r\n",&num2);
	printf("num3:	0x%x\r\n",&num3);
	return 1;
}
int main(void)
{		
	unsigned int num=0;
	BEEP_Init();				//初始化蜂鸣器不响
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 //串口初始化为115200          
	num = Demo(num); //返回值存放在栈区
}

2、编译所需的文件

3、执行后的效果图

4、查看地址分配

• 地址分配结论

  ROM的地址分配是从0x8000000开始，大小为0x80000，这个部分用于存放代码区和文字常量区。
  RAM的地址分配是从0x20000000开始，其大小是0x10000，这个区域用来存放栈、堆、全局区。

四、总结

通过这一次尝试，首先我们了解了内存的分类以及内存的分配方式，实际上单片机内存分配和c语言控制内存的方式差不多，都有类似的结构，总体来说，我们要运用好内存，毕竟内存有限，我们需要用不同的分配方式来高效的完成我们功能的实现，