单片机的堆和栈（Heap & Stack）

只看该作者 · 2024-1-29 21:44

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：

.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
.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。
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。