單片機開發設計中,堆(heap)棧(stack)是C語言編程的兩個基本概念。深圳單片機開發方案公司英銳恩就堆棧兩者的概念及特點進行解析。堆棧都是基本的數據結構,棧更為簡單一些。棧是系統提供的功能,快速高效但是有限制、數據不靈活;而堆是函數庫提供的功能,靈活方便、數據適用面廣泛但是效率有一定降低。
在具體的單片機芯片C語言編程框架中,這兩個概念并不是并行的。對底層機器代碼的研究可以揭示,棧是機器系統提供的數據結構,而堆則是單片機芯片C語言函數庫提供的。具體地說,現代計算機(串行執行機制),都直接在代碼底層支持棧的數據結構。這體現在,有專門的寄存器指向棧所在的地址,有專門的機器指令完成數據入棧出棧的操作。
單片機芯片中棧的特點是效率高,支持的數據有限,一般是整數,指針,浮點數等系統直接支持的數據類型,并不直接支持其他的數據結構。因為棧的這種特點,對棧的使用在程序中是非常頻繁的。對子程序的調用就是直接利用棧完成的。機器的call指令里隱含了把返回地址推入棧,然后跳轉至子程序地址的操作,而子程序中的ret指令則隱含從堆棧中彈出返回地址并跳轉之的操作。C語言中的自動變量是直接利用棧的例子,這也就是為什么當函數返回時,該函數的自動變量自動失效的原因。
和棧不同,單片機芯片中堆的數據結構并不是由系統(無論是機器系統還是操作系統)支持的,而是由函數庫提供的?;镜膍alloc/realloc/free函數維護了一套內部的堆數據結構。當程序使用這些函數去獲得新的內存空間時,這套函數首先試圖從內部堆中尋找可用的內存空間,如果沒有可以使用的內存空間,則試圖利用系統調用來動態增加程序數據段的內存大小,新分配得到的空間首先被組織進內部堆中去,然后再以適當空 間時,這套函數首先試圖從內部堆中尋找可用的內存空間,如果沒有可以使用的內存空間,則試圖利用系統調用來動態增加程序數據段的內存大小,新分配得到的空 間首先被組織進內部堆中去,然后再以適當的處理(比如和其他空閑空間合并成更大的空閑空間),以更適合下一次內存分配申請。
深圳單片機開發方案公司英銳恩推出的單片機芯片C語言編程中采用的棧Stack,由系統提供功能,快速高效,可處理的中斷源最高可以達到8級。