C程序中Ubuntu、stm32的内存分配问题

内存是计算机系统中最重要的资源之一。在C程序中，内存分配问题一直是一个关键问题。本文将介绍如何在Ubuntu和stm32环境下进行内存分配、管理、释放以及如何进行调试。

在Ubuntu下的内存分配

内存分配函数

在Ubuntu下，内存分配函数是基于C语言标准库中的malloc()函数实现的。malloc()函数使用时需要包含<stdlib.h>头文件。它的基本语法是：

void *malloc(size_t size);

其中，size参数代表需要分配的内存空间大小。malloc()函数的作用是从操作系统内存池中申请一块大小为size字节的内存空间，并返回指向这块内存空间的指针。如果申请失败，返回值为NULL。

内存释放函数

在使用完内存之后，需要将其释放以便系统可以将其重新分配给其他程序。释放内存空间可以使用free()函数。free()函数的语法如下：

void free(void *ptr);

其中，ptr参数代表要释放的内存块的指针。调用free()函数后，该内存块将被还给操作系统内存池，可以被其他程序使用。

内存泄漏问题

内存泄漏是指程序在运行过程中，分配的内存空间得不到释放，导致内存空间被浪费或者一直占用，最终会导致程序崩溃。在Ubuntu下，使用valgrind工具可以检测内存泄漏问题。valgrind是一款内存检测工具，其基本用法为：

valgrind --leak-check=full ./executable_file_name

其中，executable_file_name代表要检查的可执行文件的名称。使用valgrind工具可以及时发现内存泄漏问题并及时解决。

在stm32下的内存分配

内存管理器

在stm32中，由于内存资源有限，因此需要使用内存管理器来进行内存分配。Keil MDK提供了RTX实时操作系统，其中包括内存池管理器Memory Pool。使用该管理器可以对内存资源进行统一管理和分配。Memory Pool的使用方法如下：

#include <cmsis_os.h>

// User-defined struct
typedef struct {
  uint8_t data[SIZE];
} buffer;

// Create the memory pool
osMemoryPoolId_t mp_id = osMemoryPoolNew(POOL_SIZE, sizeof(buffer), NULL);

// Allocate memory from the pool
buffer *ptr = osMemoryPoolAlloc(mp_id, 0);
if (ptr == NULL) {
  // Pool is empty
}

// Free memory from the pool
osMemoryPoolFree(mp_id, ptr);

其中，POOL_SIZE参数代表内存池总大小，sizeof(buffer)代表每个内存块的大小，ptr为指向内存块的指针。使用osMemoryPoolAlloc()函数可从内存池中分配一块内存空间；使用osMemoryPoolFree()函数将其释放。

示例一：动态内存分配

在stm32开发中，需要根据实际需要动态分配内存。在RTX实时操作系统下，可以使用sbrk()函数来实现内存分配。该函数位于malloc.h头文件中，其语法为：

void *cyg_user_malloc(size_t size);

该函数的功能类似于Linux中的malloc()函数。下面是一个使用cyg_user_malloc()函数的例子：

#include <malloc.h>
#include <stdlib.h>

// Allocate memory at runtime
int *ptr = (int *)cyg_user_malloc(2 * sizeof(int));
if (ptr == NULL) {
  // Memory allocation failed
}

// Use the allocated memory
ptr[0] = 1;
ptr[1] = 2;

// Free the allocated memory
cyg_user_free(ptr);

示例二：静态内存分配

对于一些高速、低功耗、严格功耗限制的单片机，为了避免频繁地调用动态内存分配函数，可以采用静态内存分配方式。例如，我们可以使用__attribute__((section(".bss")))注释来定义一个静态的内存缓冲区。示例如下：

#include <stdint.h>

// Define the buffer size
#define BUFSIZE 32
// Allocate the buffer
__attribute__((section(".bss")))
uint8_t buffer[BUFSIZE];

// Use the buffer
buffer[0] = 0x01;

// Clear the buffer
for (int i = 0; i < BUFSIZE; i++) {
  buffer[i] = 0;
}

在这个例子中，我们使用了一个静态的uint8_t数组作为缓冲区。使用__attribute__((section(".bss")))注释可以确保编译器将该数组存储在BSS段中，该段包含了所有由程序初始化为零或未初始化的全局和静态变量。注意，如果使用了__attribute__((section))注释，需要在链接脚本中将该段的地址设置为正确的值。

通过以上示例，我们可以看到如何在stm32下进行内存分配。同时这里提供了一个动态内存分配例子和一个静态内存分配例子，可以灵活地根据实际需求选择合适的方式来使用内存。