堆、栈、重映射及内存分配理解

所谓的理解硬件就是说，理解这个硬件是怎么组织这么多资源的，这些资源又是怎么由cpu、由编程进行控制的。

比如说，s3c2410中有AD转换器，有GPIO（通用IO口），还有nandflash控制器，这些东西都有一些寄存器来控制，这些寄存器都有一个地址，那么这些地址是什么意思？（也即是在内存中的位置，每个处理器都有其寻址的范围，我们把这个范围从0开始编号，一般都是按字节编址的，寄存器的地址就是在这个内存中的位置）

又怎么通过寄存器来控制这些外围设备的运转？（这个就是硬件的设计的功能了，例如手机开关按键按下就可控制手机的亮灭。向相应的寄存器中写入对应的数据就可实现相应的功能）

还有，norflash内部的每一个单元在这个芯片的内存中都有一个相应的地址单元，那么这些地址与刚刚说的寄存器地址又有什么关系？（可以说是一样的，不同之处是放入上面寄存器内的数据是控制相应外设的功能的，而norflash内的是用于存储数据的）

再有，使用ADS进对ARM9行编程时都需要使用到一个初始化的汇编文件，这个文件究竟有什么用？（指的是启动代码吧）

他里面的代码是什么意思？（为能顺利的执行我们用高级语言写的程序做准备的，例如硬件初始化，堆栈的分配等）

不要这个可以吗？（如果你的应用程序是使用汇编编写的就不需要这些）

诸如此类都是对硬件的理解，理解了这些东西就对硬件有很深的理解了，这对以后更深一步的学习将有很大的帮助。

 

每个设计的确都有它的现实考虑，编程语言是很实在的东西，往往外貌冷冰冰但其为什么是这样有充足原因。

1.内置数组，为什么不设置下标检测？如果检测下标，定然就会在每次访问下标时，做是否越界的检验，这就带来了运行时开销。如果你的算法非常好，定然不需要检测下标，则语言假定一定要在每次访问下标时都判断，就会影响效率并失去选择的机会。如果设置N个选项，可以用来关闭或打开是否检测下标，那不应该是一种语言应该干的，各有各的侧重点。

2.C语言传数组参数为什么默认是转换成指针类型？以C语言产生那个年代的硬件条件，复制数组很奢侈，尤其函数被调用往往很频繁，算法要尽量往不复制的情况下设计，如果实在必要，非要复制，你也可以手动memcpy嘛!总之它不是默认项。C++给了用户另一种选项，即通过加上引用，而使得能够真正传整个数组。

3.for语句为什么有的灵活有的严格？像在Ada中的语法，便是禁止循环变量被改变，且不能设置步长值，要想达到这两个目的，便只能用其他变量再过渡，这样做是为了高度的安全。反之，C语言的for则非常灵活，也没有Ada那么多的限制，但这种灵活并不能保证用户用其写出错误逻辑的代码;VB的自由度则介于二者之间。不能因为这些语言的设计不同，而指责其中某一种语言为何不对某一语法特性做必要的限制，它真的必要吗？个案好说，但综合全局，很难评估。

存储器映射与重映射

存储器映射是指把芯片中或芯片外的FLASH，RAM，外设等进行统一编址。即用地址来表示对象。这个地址绝大多数是由厂家规定好的，用户只能用而不能改。用户只能在挂外部RAM或FLASH的情况下可进行自定义。

存储器映射就是对各种存储器的大小和地址分布的规划。存储器重映射就是为了快速响应中断或者快速完成某个任务，将同一地址段映射到不同速度的两个存储块，对低速存储块的访问将被重映射为对高速存储块的访问。

为什么需要存储器重映射

目前很多嵌入式系统中的Flash分为Code Flash和Data Flash。Code Flash存放可以运行的程序代码，Data Flash存放应用数据。Code Flash通常被映射到0地址，系统上电复位后就从0地址开始执行。通常中断向量表就位于0地址的起始位置，系统上电复位后执行的第一条指令就是复位中断的跳转指令。

由于中断向量表位于CodeFlash中，Code Flash的读取速度比RAM慢，为了快速响应中断，就将RAM重映射到0地址，然后将中断向量表复制到RAM的起始位置。再发生中断时，访问Code Flash中的中断向量表，将被重映射为访问RAM中的中断向量表。

Boot Block是芯片设计厂商在LPC2000系列ARM内部固化的一段代码，用户无法对其进行修改或者删除。为了增加用户代码的可移植性，所以最好把Boot Block的代码固定的某个地址上。于是芯片厂家将Boot Block的地址重映射到片内存储器空间的最高端，即接近2Gb的地方，这样无论片内存储器的大小如何，都不会影响Boot Block的地址。

栈和堆的区别

栈是由编译器在需要时分配的，不需要时自动清除的变量存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。堆是由malloc()函数（C++语言为new运算符）分配的内存块，内存释放由程序员手动控制，在C语言为free函数完成（C++中为delete）。栈和堆的主要区别有以下几点：

（1）管理方式不同。

栈编译器自动管理，无需程序员手工控制；而堆空间的申请释放工作由程序员控制，容易产生内存泄漏。（设计多任务操作系统时还是需要自己为任务设计栈）

（2）空间大小不同。

栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，当申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示溢出。因此，用户能从栈获得的空间较小。

堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。因为系统是用链表来存储空闲内存地址的，且链表的遍历方向是由低地址向高地址。由此可见，堆获得的空间较灵活，也较大。栈中元素都是一一对应的，不会存在一个内存块从栈中间弹出的情况。

（3）是否产生碎片。

对于堆来讲，频繁的malloc/free（new/delete）势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低（虽然程序在退出后操作系统会对内存进行回收管理）。对于栈来讲，则不会存在这个问题。

（4）增长方向不同。

堆的增长方向是向上的，即向着内存地址增加的方向；栈的增长方向是向下的，即向着内存地址减小的方向。（不同的处理器可能不同）

（5）分配方式不同。

堆都是程序中由malloc()函数动态申请分配并由free()函数释放的；栈的分配和释放是由编译器完成的，栈的动态分配由alloca()函数完成，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行申请和释放的，无需手工实现。

（6）分配效率不同。

栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行。堆则是C函数库提供的，它的机制很复杂，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大的空间，如果没有足够大的空间（可能是由于内存碎片太多），就有需要操作系统来重新整理内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

内存分配方式

内存分配方式有三种：

[1]从静态存储区域分配。该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程序员决定，使用非常灵活，但如果在堆上分配了空间，就有责任回收它，否则运行的程序会出现内存泄漏，频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。

一个由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，存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

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。分配方式类似于链表。

3、全局区（静态区）（static）存放全局变量、静态数据、常量。程序结束后由系统释放

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（类成员函数和全局函数）的二进制代码。