从单片机基础到程序框架（全集 2019pdf版）.pdf - 第229页
第五十四节： 从全局变量和局部变量中感悟“栈”为何物 。 【54.1 本节阅读前的名词约定。 】 变量可以粗 略的分成两 类， 一类是全局 变量， 一类是局部 变量。 如果更深一 步精细划分 ， 全局变量还 可 以分成“普通 全局变量”和 “静态全局变 量” ，局 部变量也可以 分成“普通 局部变量” 和“静态局部变 量” ， 也就是说，若精细划分，可以分成四类 。其中 “静态全局变 量”和 “静态局部变 量”多了一个前 缀“静态” ，…
直接复制前面章节中第十一节的模板程序，练习代码时只需要更改“C 语言学习区域”的代码就可以了，
其它部分的代码不要动。编译后，把程序下载进带串口的 51 学习板，通过电脑端的串口助手软件就可以观
察到不同的变量数值，详细方法请看第十一节内容。
第五十四节： 从全局变量和局部变量中感悟“栈”为何物。
【54.1 本节阅读前的名词约定。】
变量可以粗略的分成两类，一类是全局变量，一类是局部变量。如果更深一步精细划分，全局变量还可
以分成“普通全局变量”和“静态全局变量”，局部变量也可以分成“普通局部变量”和“静态局部变量”，
也就是说，若精细划分，可以分成四类。其中“静态全局变量”和“静态局部变量”多了一个前缀“静态”，
这个前缀“静态”是因为在普通的变量前面多加了一个修饰关键词“static”，这部分的内容后续章节会讲
到。本节重点为了让大家理解内存模型的“栈”，暂时不考虑“静态变量”的情况，人为约定，本节所涉及
的“全局变量”仅仅默认为“普通全局变量”，“局部变量”仅仅默认为“普通局部变量”。
【54.2 如何判定全局变量和局部变量？】
全局变量就是在函数外面定义的变量，局部变量就是在函数内部定义的变量，这是最直观的判定方法。
下面的例子能很清晰地说明全局变量和局部变量的判定方法：
unsigned char a; //在函数外面定义的，所以是全局变量。
void main() //主函数
{
unsigned char b; //在函数内部定义的，所以是局部变量。
b=a;
while(1)
{
}
}
【54.3 全局变量和局部变量的内存模型。】
单片机内存包括 ROM 和 RAM 两部分，ROM 存储的是单片机程序中的指令和一些不可更改的常量数据，而
RAM 存放的是可以被更改的变量数据，也就是说，全局变量和局部变量都是存放在 RAM，但是，虽然都是存
放在 RAM，全局变量和局部变量之间的内存模型还是有明显的区别的，因此，分了两个不同的 RAM 区，全局
变量占用的 RAM 区称为“全局数据区”，局部变量占用的 RAM 区称为“栈”，因为我后面会用宾馆来比喻“栈”，
为了方便记忆，大家可以把“栈”想象成 “客栈”来记忆。它们的内存模型到底有什么本质的区别呢？“全
局数据区”就像你自己家的房间，是唯一的，一个房间的地址只能你一个人住（假设你还没结婚的时候），
而且是永久的，所以说每个全局变量都有唯一对应的 RAM 地址，不可能重复的。而“栈”就像宾馆客栈，一
年下来每天晚上住的人不一样，每个人在里面居住的时间是有期限的，不是长久的，一个房间的地址一年下
来每天可能住进不同的人，不是唯一的。“全局数据区”的全局变量拥有永久产权，“栈”区的局部变量只能
临时居住在宾馆客栈，地址不是唯一的，有期限的。全局变量像私人区，局部变量像公共区。“栈”的这片
公共区，是给程序里所有函数内部的局部变量共用的，函数被调用的时候，该函数内部的每个局部变量就会
被分配对应到“栈”的某个 RAM 地址，函数调用结束后，该局部变量就失效，因此它对应的“栈”的 RAM 空
间就被收回以便给下一个被调用的函数的局部变量占用。请看下面这个例子，我借用“宾馆客栈”来比喻局
部变量所在的“栈”。
void HanShu(void); //子函数的声明
void HanShu(void) //子函数的定义
{
unsigned char a; //局部变量
a=1;
}
void main() //主函数
{
HanShu() ; //子函数的调用
}
分析：上述例子，单片机从主函数 main 往下执行，首先遇到 HanShu 子函数的调用，所以就跳到 HanShu
函数的定义那里开始执行，此时的局部变量 a 开始被分配在 RAM 的“栈区”的某个地址，相当于你入住宾馆
被分配到某个房间。单片机执行完子函数 HanShu 后，局部变量 a 在 RAM 的“栈区”所分配的地址被收回，
局部变量 a 消失，被收回的 RAM 地址可能会被系统重新分配给其它被调用的函数的局部变量，此时相当于你
离开宾馆，从此你跟那个宾馆的房间没有啥关系，你原来在宾馆入住的那个房间会被宾馆老板重新分配给其
他的客人入住。全局变量的作用域是永久性不受范围限制的，而局部变量的作用域就是它所在函数的内部范
围。全局变量的“全局数据区”是永久的私人房子（这里的“永久”仅仅是举一个例子，别拿“70 年产权”
来抬杠），局部变量的“栈”是临时居住的“客栈”。重要的事情说两遍，再次总结如下：
（1）每定义一个新的全局变量，就意味着多开销一个新的 RAM 内存。而每定义一个局部变量，只要在函
数内部所定义的局部变量总数不超过单片机的“栈”区，此时的局部变量不开销新的 RAM 内存，因为局部变
量是临时借用“栈”区的，使用后就还给“栈”，“栈”是公共区，可以重复利用，可以服务若干个不同的函
数内部的局部变量。
（2）单片机每次进入执行函数时，局部变量都会被初始化改变，而全局变量则不会被初始化，全局变量
是一直保存之前最后一次更改的值。
【54.4 三个常见疑问。】
第一个疑问：
问：“全局数据区”和“栈区“是谁在幕后分配的，怎么分配的？
答：是 C 编译器自动分配的，至于怎么分配，谁分配多一点，谁分配少一点，C 编译器会有一个默认的
比例分配，我们一般都不用管。
第二个疑问：
问：“栈”区是临时借用的，子函数被调用的时候，它内部的局部变量才会“临时”被分配到“栈”区
的某个地址，那么问题来了，谁在幕后主持“栈区”这些分配的工作，难道也是 C 编译器？C 编译器不是在
编译程序的时候一次性就做完了编译工作然后就退出历史舞台了吗？难道我们程序已经在单片机内部运转
的时候，编译器此时还在幕后指手画脚的起作用？
答：单片机已经上电开始运行程序的时候，编译器是不可能起作用的。所以，真相只有一个，“栈区”
分配给函数内部局部变量的工作，确实是 C 编译器做的，唯一需要注意的地方是，它不是“现炒现卖”，而
是在单片机上电前，C 编译器就把所有函数内部的局部变量的分配工作就规划好了，都指定了如果某个函数
一旦被调用，该函数内部的哪个局部变量应该分到“栈区”的哪个地址，C 编译器都是事先把这些“后事”
都交代完毕了才“结束自己的生命”，后面，等单片机上电开始工作的时候，虽然 C 编译器此时“不在”了，
但是单片机都是严格按照 C 编译器交代的“遗嘱”开始工作和分配“栈区”的。因此，“栈区”的“临时分
配”非真正严格意义上的“临时分配”。