代码收藏家技术教程 2024-12-16

单片机中各类变量存储区域

在单片机中，申请的变量通常存放在内存中，具体存放位置取决于变量的类型、作用域以及存储方式。单片机的内存主要分为数据存储器（RAM）和程序存储器（ROM）两部分。

一、数据存储器（RAM）

1.1 栈区（stack）：

.主要解释就是由编译器自动分配和释放，例如我们在某个函数内申请一个局部变量，这个变量会由编译器自动分配一个合适大小的栈区存储。

如下：

#include <stdint.h>
 
int main(void)
{
    uint8_t a; // 定义一个无符号的8位整型局部变量a

    return 0;
}

1.2 堆区（Heap）：

.如果想将数据存入堆区，必须通过动态内存函数来实现，这些函数允许程序在运行时根据需要分配内存，而不是在编译时静态地分配。以下是如何在堆区申请数据的详细步骤和注意事项：

1.2.1 使用动态内存分配函数

malloc函数：

malloc（memory allocation）函数用于在堆区分配指定大小的内存块。

函数原型：void* malloc(size_t size);

参数：size表示要分配的字节数。

返回值：返回一个指向分配的内存块的指针，如果分配失败则返回NULL。

calloc函数：

calloc（contiguous allocation）函数也用于在堆区分配内存，但它会自动将分配的内存块初始化为零。

函数原型：void* calloc(size_t num, size_t size);

参数：num表示要分配的元素个数，size表示每个元素的字节数。

返回值：返回一个指向分配并初始化为零的内存块的指针，如果分配失败则返回NULL。

realloc函数：

realloc（reallocation）函数用于调整之前分配的内存块的大小。

函数原型：void* realloc(void* ptr, size_t size);

参数：ptr是指向之前分配的内存块的指针，size是新的内存块大小。

返回值：返回一个指向调整大小后的内存块的指针（可能与原指针不同），如果分配失败则返回NULL。注意，如果ptr为NULL，realloc的行为与malloc相同。

使用示例：

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

int main() {
    // 使用malloc分配内存
    // 分配一个可以存储10个整数的数组的内存空间
    int *arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    // 检查内存分配是否成功
    if (arr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        return 1; // 如果分配失败，返回1并结束程序
    }

    // 使用calloc分配并初始化内存
    // 分配一个可以存储5个浮点数的数组的内存空间，并将所有位初始化为0
    float *fArr = (float*)calloc(5, sizeof(float));
    // 检查内存分配是否成功
    if (fArr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
        free(arr); // 释放之前已经分配的内存
        return 1; // 如果分配失败，返回1并结束程序
    }

    // 使用realloc调整内存大小
    int newSize = 20; // 新的数组大小
    // 重新分配arr指向的内存，使其可以存储20个整数
    int *newArr = (int*)realloc(arr, newSize * sizeof(int));
    // 检查内存重新分配是否成功
    if (newArr == NULL) {
        printf("内存重新分配失败\n");
        free(fArr); // 释放之前已经分配的内存
        free(arr);  // 在realloc失败的情况下，原内存仍然有效且需要释放
        arr = NULL; // 将arr设置为NULL，避免悬挂指针（指向已释放内存的指针）
        return 1; // 如果重新分配失败，返回1并结束程序
    } else {
        arr = newArr; // 更新arr指针，使其指向新的内存地址
    }

    // 使用分配的内存（示例）
    // 初始化arr数组的每个元素为其索引的平方
    for (int i = 0; i < newSize; i++) {
        arr[i] = i * i;
    }

    // 释放内存
    free(arr); // 释放arr指向的内存
    free(fArr); // 释放fArr指向的内存

    return 0; // 程序正常结束，返回0
}

注意事项：

内存泄漏：动态分配的内存必须在使用完毕后显式地释放，否则会导致内存泄漏。

悬挂指针：在释放内存后，不要继续使用指向该内存的指针，否则会导致悬挂指针错误。

内存碎片：频繁的分配和释放内存可能会导致内存碎片问题，影响内存的使用效率。

对齐和边界：确保分配的内存大小满足对齐要求，并避免越界访问。

错误处理：始终检查动态内存分配函数的返回值，以确保内存分配成功。

1.3全局/静态变量数据区

初始化的全局变量和静态变量存放在一块区域。

未初始化的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域（通常被初始化为0或特定的默认值）。

全局变量和静态变量（包括外部变量和内部静态变量）通常存放在这里。

这些变量的生命周期是整个程序的运行期间。

使用示例：


uint8_t a=0;    //初始化全局变量
uint8_t b;      //未初始化全局变量
static uint8_t  c=0;    //初始化静态变量
static uint8_t  d;       //未初始化静态变量 
int main(void)
{


}

┌────────────────────────────────────────────────────┐

│                                                    单片机存储区 │ │ ┌──────────────────────────────────────────────┐

│ │ │                                                 程序存储区（Flash等） │ │ │ └──────────────────────────────────────────────┘ │ │ ┌──────────────────────────────────────────────┐

│ │ │ 数据存储区                                 │ │ │ │

┌──────────────────────────────────────────┐

│ │ │ │ │           已初始化的全局/静态变量区                                 │ │ │ │ │ └──────────────────────────────────────────┘ ┌──────────────────────────────────────────┐

│ │ │ │ │         未初始化的全局/静态变量区 │ │ │ │ │ └──────────────────────────────────────────┘ │ │ │ └──────────────────────────────────────────────┘