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2022年12月19日 | 加深初学者对单片机堆栈的理解--分析
2022-12-19 来源：zhihu
看关于单片机方面的书籍的时候，总是能看到别人说的一些堆栈啊什么的操作，之前看到这个术语就直接跳过，没想到去探究单片机内部的原理。但是最近课程学习微机原理这门课，需要我们写汇编程序，汇编里面经常遇到堆栈这个东西，所以就找了个时间把堆栈给彻底的搞一下。
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。
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，但是自由度小。
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，而且自由度大。
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。
好了，以上就是这些。
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