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[信息] 嵌入式C语言不可不用的关键字

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 楼主 | 2018-9-14 13:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
原文网址:https://blog.csdn.net/zhzht19861011/article/details/5974953


1.static关键字

这个关键字前面也有提到,它的作用是强大的。

要对static关键字深入了解,首先需要掌握标准C程序的组成。

标准C程序一直由下列部分组成:

       1)正文段——CPU执行的机器指令部分,也就是你的程序。一个程序只有一个副本;只读,这是为了防止程序由于意外事故而修改自身指令;
       2)初始化数据段(数据段)——在程序中所有赋了初值的全局变量,存放在这里。
       3)非初始化数据段(bss段)——在程序中没有初始化的全局变量;内核将此段初始化为0。

注意:只有全局变量被分配到数据段中。
       4)栈——增长方向:自顶向下增长;自动变量以及每次函数调用时所需要保存的信息(返回地址;环境信息)。这句很关键,常常有笔试题会问到什么东西放到栈里面就足以说明。
       5)堆——动态存储分配。

在嵌入式C语言当中,它有三个作用:

作用一:在函数体,一个被声明为静态的变量在这一函数被调用过程中维持其值不变。

这样定义的变量称为局部静态变量:在局部变量之前加上关键字static,局部变量就被定义成为一个局部静态变量。也就是上面的作用一中提到的在函数体内定义的变量。除了类型符外,若不加其它关键字修饰,默认都是局部变量。比如以下代码:

void test1(void)

{

    unsigned char a;

    static unsigned char b;

    …

    a++;

    b++;

}

在这个例子中,变量a是局部变量,变量b为局部静态变量。作用一说明了局部静态变量b的特性:在函数体,一个被声明为静态的变量(也就是局部静态变量)在这一函数被调用过程中维持其值不变。这句话什么意思呢?若是连续两次调用上面的函数test1:

    void main(void)

    {

       …

       test1();

       test1();

       …

    }

然后使程序暂停下来,读取a和b的值,你会发现,a=1,b=2。怎么回事呢,每次调用test1函数,局部变量a都会重新初始化为0x00;然后执行a++;而局部静态变量在调用过程中却能维持其值不变。

通常利用这个特性可以统计一个函数被调用的次数。

声明函数的一个局部变量,并设为static类型,作为一个计数器,这样函数每次被调用的时候就可以进行计数。这是统计函数被调用次数的最好的办法,因为这个变量是和函数息息相关的,而函数可能在多个不同的地方被调用,所以从调用者的角度来统计比较困难。代码如下:

void count();
int main()
{
    int i;
    for (i = 1; i <= 3; i++)

    {
        count();

    {
     return 0;
}
void count()
{
    static num = 0;
    num++;
    printf(" I have been called %d",num,"times/n");
}

输出结果为:
I have been called 1 times.
I have been called 2 times.
I have been called 3 times.

看一下局部静态变量的详细特性,注意它的作用域。

1)内存中的位置:静态存储区

   2)初始化:未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0(自动对象的值是任意的,除非他被显示初始化)

   3)作用域:作用域仍为局部作用域,当定义它的函数或者语句块结束的时候,作用域随之结束。

   注:当static用来修饰局部变量的时候,它就改变了局部变量的存储位置,从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后,并没有被销毁,而是仍然驻留在内存当中,直到程序结束,只不过我们不能再对他进行访问。

作用二:在模块内(但在函数体外),一个被声明为静态的变量可以被模块内所用函数访问,但不能被模块外其它函数访问。它是一个本地的全局变量。

这样定义的变量也称为全局静态变量:在全局变量之前加上关键字static,全局变量就被定义成为一个全局静态变量。也就是上述作用二中提到的在模块内(但在函数体外)声明的静态变量。

定义全局静态变量的好处:

<1>不会被其他文件所访问,修改,是一个本地的局部变量。

<2>其他文件中可以使用相同名字的变量,不会发生冲突。

全局变量的详细特性,注意作用域,可以和局部静态变量相比较:

1)内存中的位置:静态存储区(静态存储区在整个程序运行期间都存在)

    2)初始化:未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0(自动对象的值是任意的,除非他被显示初始化)

    3)作用域:全局静态变量在声明他的文件之外是不可见的。准确地讲从定义之处开始到文件结尾。

当static用来修饰全局变量的时候,它就改变了全局变量的作用域(在声明他的文件之外是不可见的),但是没有改变它的存放位置,还是在静态存储区中。

作用三:在模块内,一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。那就是,这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用。

这样定义的函数也成为静态函数:在函数的返回类型前加上关键字static,函数就被定义成为静态函数。函数的定义和声明默认情况下是extern的,但静态函数只是在声明他的文件当中可见,不能被其他文件所用。

定义静态函数的好处:

<1> 其他文件中可以定义相同名字的函数,不会发生冲突

<2> 静态函数不能被其他文件所用。它定义一个本地的函数。

这里我一直强调数据和函数的本地化,这对于程序的结构甚至优化都有巨大的好处,更大的作用是,本地化的数据和函数能给人传递很多有用的信息,能约束数据和函数的作用范围。在C++的对象和类中非常注重的私有和公共数据/函数其实就是本地和全局数据/函数的扩展,这也从侧面反应了本地化数据/函数的优势。

最后说一下存储说明符,在标准C语言中,存储说明符有以下几类:

auto、register、extern和static

对应两种存储期:自动存储期和静态存储期。
auto和register对应自动存储期。具有自动存储期的变量在进入声明该变量的程序块时被建立,它在该程序块活动时存在,退出该程序块时撤销。

关键字extern和static用来说明具有静态存储期的变量和函数。用static声明的局部变量具有静态存储持续期(static storage duration),或静态范围(static extent)。虽然他的值在函数调用之间保持有效,但是其名字的可视性仍限制在其局部域内。静态局部对象在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化。


 楼主 | 2018-9-14 13:09 | 显示全部楼层

2. const 关键字

const关键字也是一个优秀程序中经常用到的关键字。关键字const 的作用是为给读你代码的人传达非常有用的信息,实际上,声明一个参数为常量是为了告诉了用户这个参数的应用目的。通过给优化器一些附加的信息,使用关键字const 也许能产生更紧凑的代码。合理地使用关键字const 可以使编译器很自然地保护那些不希望被改变的参数,防止其被无意的代码修改。简而言之,这样可以减少bug的出现。

深入理解const关键字,你必须知道:

a. const关键字修饰的变量可以认为有只读属性,但它绝不与常量划等号。如下代码:

const int i=5;

       int j=0;

       ...

       i=j;   //非法,导致编译错误,因为只能被读

       j=i;   //合法

b. const关键字修饰的变量在声明时必须进行初始化。如下代码:

const int i=5;    //合法

     const int j;      //非法,导致编译错误

c. 用const声明的变量虽然增加了分配空间,但是可以保证类型安全。const最初是从C++变化得来的,它可以替代define来定义常量。在旧版本(标准前)的c中,如果想建立一个常量,必须使用预处理器:
                #define PI 3.14159

此后无论在何处使用PI,都会被预处理器以3.14159替代。编译器不对PI进行类型检查,也就是说可以不受限制的建立宏并用它来替代值,如果使用不慎,很可能由预处理引入错误,这些错误往往很难发现。而且,我们也不能得到PI的地址(即不能向PI传递指针和引用)。const的出现,比较好的解决了上述问题。

d. C标准中,const定义的常量是全局的。

e. 必须明白下面语句的含义,我自己是反复记忆了许久才记住,方法是:若是想定义一个只读属性的指针,那么关键字const要放到‘* ’后面。

char *const cp; //指针不可改变,但指向的内容可以改变

char const *pc1; //指针可以改变,但指向的内容不能改变

const char *pc2; //同上(后两个声明是等同的)

       f. 将函数传入参数声明为const,以指明使用这种参数仅仅是为了效率的原因,而不是想让调用函数能够修改对象的值。

       参数const通常用于参数为指针或引用的情况,且只能修饰输入参数;若输入参数采用“值传递”方式,由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数,该参数本就不需要保护,所以不用const修饰。例子:

void fun0(const  int * a );

void fun1(const  int & a);

调用函数的时候,用相应的变量初始化const常量,则在函数体中,按照const所修饰的部分进行常量化,如形参为const int * a,则不能对传递进来的指针所指向的内容进行改变,保护了原指针所指向的内容;如形参为const int & a,则不能对传递进来的引用对象进行改变,保护了原对象的属性。

       g. 修饰函数返回值,可以阻止用户修改返回值。(在嵌入式C中一般不用,主要用于C++)

       h. const消除了预处理器的值替代的不良影响,并且提供了良好的类型检查形式和安全性,在可能的地方尽可能的使用const对我们的编程有很大的帮助,前提是:你对const有了足够的理解。

       最后,举两个常用的标准C库函数声明,它们都是使用const的典范。

       1.字符串拷贝函数:char *strcpy(char *strDest,const char *strSrc);

       2.返回字符串长度函数:int strlen(const char *str);


 楼主 | 2018-9-14 13:10 | 显示全部楼层

3. volatile关键字

一个定义为volatile 的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份。

由于访问寄存器的速度要快过RAM,所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如:

static int i=0;

int main(void)
{
    ...
    while (1)
    {
        if (i)
            dosomething();
    }
}

/* Interrupt service routine. */
void ISR_2(void)
{
     i=1;
}

       程序的本意是希望ISR_2中断产生时,在main当中调用dosomething函数,但是,由于编译器判断在main函数里面没有修改过i,因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作,然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”,导致dosomething永远也不会被调用。

如果将将变量加上volatile修饰,则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化(肯定执行)。此例中i也应该如此说明。

一般说来,volatile用在如下的几个地方:

1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile;

2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile;

3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明,因为每次对它的读写都可能有不同意义;

不懂得volatile 的内容将会带来灾难,这也是区分C语言和嵌入式C语言程序员的一个关键因素。为强调volatile的重要性,再次举例分析:

代码一:                              

int a,b,c;                             

//读取I/O空间0x100端口的内容   

a= inword(0x100);                                                  

b=a;                              

a=inword(0x100)                           

c=a;  

代码二:   

  volatile int a;   

  int a,b,c;                             

//读取I/O空间0x100端口的内容   

a= inword(0x100);                                               

b=a;                              

a=inword(0x100)                        

c=a;

在上述例子中,代码一会被绝大多数编译器优化为如下代码:

       a=inword(0x100)

       b=a;

       c=a;

这显然与编写者的目的不相符,会出现I/O空间0x100端口漏读现象,若是增加volatile,像代码二所示的那样,优化器将不会优化掉任何代码.

       从上面来看,volatile关键字是会降低编译器优化力度的,但它保证了程序的正确性,所以在适合的地方使用关键字volatile是件考验编程功底的事情.


 楼主 | 2018-9-14 13:10 | 显示全部楼层

4.struct与typedef关键字

面对一个人的大型C/C++程序时,只看其对struct的使用情况我们就可以对其编写者的编程经验进行评估。因为一个大型的C/C++程序,势必要涉及一些(甚至大量)进行数据组合的结构体,这些结构体可以将原本意义属于一个整体的数据组合在一起。从某种程度上来说,会不会用struct,怎样用struct是区别一个开发人员是否具备丰富开发经历的标志。

  在网络协议、通信控制、嵌入式系统的C/C++编程中,我们经常要传送的不是简单的字节流(char型数组),而是多种数据组合起来的一个整体,其表现形式是一个结构体。

经验不足的开发人员往往将所有需要传送的内容依顺序保存在char型数组中,通过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样做编程复杂,易出错,而且一旦控制方式及通信协议有所变化,程序就要进行非常细致的修改。

用法:

在C中定义一个结构体类型要用typedef:
typedef struct Student
{
       int a;
}Stu;
于是在声明变量的时候就可:Stu stu1;
如果没有typedef就必须用struct Student stu1;来声明
这里的Stu实际上就是struct Student的别名。
另外这里也可以不写Student(于是也不能struct Student stu1;了)
typedef struct
{
       int a;
}Stu;

struct关键字的一个总要作用是它可以实现对数据的封装,有一点点类似与C++的对象,可以将一些分散的特性对象化,这在编写某些复杂程序时提供很大的方便性.

比如编写一个菜单程序,你要知道本级菜单的菜单索引号、焦点在屏上是第几项、显示第一项对应的菜单条目索引、菜单文本内容、子菜单索引、当前菜单执行的功能操作。若是对上述条目单独操作,那么程序的复杂程度将会大到不可想象,若是菜单层数少些还容易实现,一旦菜单层数超出四层,呃~我就没法形容了。若是有编写过菜单程序的朋友或许理解很深。这时候结构体struct就开始显现它的威力了:

//结构体定义

typedef struct

{

unsigned char CurrentPanel;//本级菜单的菜单索引号

unsigned char ItemStartDisplay; //显示第一项对应的菜单条目索引

unsigned char FocusLine;  //焦点在屏上是第几项

}Menu_Statestruct;

typedef struct

{

unsigned char *MenuTxt; //菜单文本内容

unsigned char MenuChildID;//子菜单索引

void    (*CurrentOperate)();//当前菜单执行的功能操作

}MenuItemStruct;

typedef struct

{

MenuItemStruct  *MenuPanelItem;

unsigned char    MenuItemCount;

}MenuPanelStruct;

       这里引用我巩师兄所写的菜单程序中的结构体定义,这个菜单程序最大可以到256级菜单。我当初要写一个菜单程序之前,并没有对结构体了解多少,也没有想到使用结构体。只是一层层菜单的单独处理:如果按键按下,判断是哪个按键,调用对应按键的子程序,刷屏显示。这样处理起来每一层都要判断当前的光标所在行,计算是不是在显示屏的顶层,是不是在显示层的底层,是不是需要翻页等等,非常的繁琐。后来在网上找资料,就找到了我师兄编写的这个程序,开始并不知道是他写的,在看源程序的时候看到了作者署名:中国传惠 TranSmart,才知道是他。花了一天的时间阅读代码和移植,才知道结构体原来有这么个妙用,当定义了上述三个结构体之后,菜单程序结构立刻变的简单很多,思路也无比的清晰起来。


| 2018-9-14 19:24 | 显示全部楼层
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