对单片机堆栈的理解

目录

 

一、堆区(HEAP)

二、栈区(STACK)

三、堆栈的区别

四、内存分配的方式

五、总结


一、堆区(HEAP)

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。在单片机的sram中的ZI-data中。由malloc 系列函数或new 操作符分配的内存。其生命周期由free 或delete 决定。在没有释放之前一直存在,直到程序结束。其特点是使用灵活,空间比较大,但容易出错。向上生长;

二、栈区(STACK)

栈区(STACK):由编译器自动分配释放,在单片机的sram中的ZI-data。保存局部变量。栈上的内容只在函数的范围内存在,当函数运行结束,这些内容也会自动被销毁。其特点是效率高,但空间大小有限。由高地址向低地址生长。

三、堆栈的区别

如果了解一点汇编编程话,就可以知道,堆栈是内存中一段连续的存储区域,用来保存一些临时数据。通常用来保存CALL指令调用子程序时的返回地址,RET指令从堆栈中获取返回地址。中断指令INT调用中断程序时,将标志寄存器值、代码段寄存器CS值、指令指针寄存器IP值保存在堆栈中。
堆栈也可以用来保存其他数据。
堆栈操作由PUSH,POP两条指令来完成;
堆栈操作的操作数均为子类型(两个字节)进行操作。

程序内存可以分为几个区,栈区(stack),堆区(Heap),全局区(static),文字常亮区,程序代码区。
程序编译之后,全局变量,静态变量已经分配好内存空间,在函数运行时,程序需要为局部变量分配栈空间,当中断来时,也需要将函数指针入栈,保护现场,以便于中断处理完之后再回到之前执行的函数。
栈是从高到低分配,堆是从低到高分配。
我们一般说的堆栈指的栈。堆栈又分硬堆栈和软堆栈,硬堆栈即SP,从片内RAM的顶部向下生长。软堆栈在硬堆栈跟全局变量区之间的空间,C51函数调用通过R0-R7和栈来实现。
为什么单片机启动时,不需要用bootloader将代码从ROM搬移到RAM,而ARM则需要。这里我们可以先看看单片机程序执行的过程,单片机执行分三个步骤,取执行---分析指令----执行指令。取指令的任务是:根据PC的值从程序存储器读出指令,送到指令寄存器。然后分析执行执行。这样单片机就从内部程序存储器去代码指令,从RAM存取相关数据。要知道RAM取数的速度是远高于ROM的,但是单片机因为本身运行频率不高,所以从ROM取指令慢并不影响。而ARM不同,cpu运行的频率高,远大于从ROM读写的速度,所以一般有操作系统,都需要将代码部分拷贝到RAM中再执行。 

对单片机堆栈的理解

对单片机堆栈的理解

再来看一个网上很流行的经典例子:
main.cpp
  int a = 0; 全局初始化区
  char *p1; 全局未初始化区
  main()
  {
  int b; 栈
  char s[] = "abc"; 栈
  char *p2; 栈
  char *p3 = "123456"; 123456/0在常量区,p3在栈上。
  static int c =0; 全局(静态)初始化区
  p1 = (char *)malloc(10); 堆
  p2 = (char *)malloc(20); 堆
  }
  
不知道你是否有点明白了,堆和栈的第一个区别就是申请方式不同:栈(英文名称是stack)是系统自动分配空间的,例如我们定义一个 char a;系统会自动在栈上为其开辟空间。而堆(英文名称是heap)则是程序员根据需要自己申请的空间,例如malloc(10);开辟十个字节的空间。由于栈上的空间是自动分配自动回收的,所以栈上的数据的生存周期只是在函数的运行过程中,运行后就释放掉,不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空间,就一直可以访问到,不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露。

网上一个很好的比喻,摘抄下来,以便理解:
使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是*度小。
  
使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且*度大。

四、内存分配的方式

内存分配方式有三种:

(1) 从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。 例如全局变量,static变量。
(2) 在栈上创建。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。
栈内存 分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
(3) 从堆上分配,亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。
动态内存的生存期由我们决定,使用非常灵活,但问题也最多。

五、总结

 

其实堆栈就是单片机中的一些存储单元,这些存储单元被指定保存一些特殊信息,比如地址(保护断点)和数据(保护现场)。

如果非要给他加几个特点的话那就是:1、这些存储单元中的内容都是程序执行过程中被中断打断时,事故现场的一些相关参数。如果不保存这些参数,单片机执行完中断函数后就无法回到主程序继续执行了。

2、这些存储单元的地址被记在了一个叫做堆栈指针(SP)的地方。