本帖最后由 HomeByte 于 2020-11-3 19:38 编辑
C语言虽然是基础，但实际上是要求学者已经具备入门的能力，然后通过本章节将C语言里面几个比较重要的板块进行加深；如果学者对C语言并不了解，建议先通过网上搜索入门教程学习后再进入本章节。 1.数据类型1.1 类型定义
C语言标准中，常用的类型如下表格： 类型 | 存储大小 | 取值范围 | signed char | 1 字节(Byte)，8bits | -128 到 127 | unsigned char | 1 字节，8bits | 0 到 255 | short | 2 字节，16bits | -32,768 到 32,767 | unsigned short | 2 字节，16bits | 0 到 65,535 | int | 2/4 字节，16/32bits | -32,768 到 32,767 或 -2,147,483,648 到 2,147,483,647 | unsigned int | 2/4 字节，16/32bits | 0 到 65,535 或 0 到 4,294,967,295 | long | 4 字节，32bits | -2,147,483,648 到 2,147,483,647 | unsigned long | 4 字节，32bits | 0 到 4,294,967,295 | float | 4 字节，32bits | 1.2E-38 到 3.4E+38 | double | 8 字节，64bits | 2.3E-308 到 1.7E+308 | bool | 忽略 | true/false |
然而在正常开发过程中，由于平台（主控芯片类型）不同，会导致我们使用的变量有位数的差异，比如表中的int在不同位(16位/32位)机的表现不同，因此我们需要一个抽象定义来解决这个跨平台问题： 实际使用类型 | 存储大小 | 打印符号 | int8_t | 1 字节(Byte)，8bits | %d | uint8_t | 1 字节，8bits | %u或%c或%x（16进制小写，%X大写） | int16_t | 2 字节，16bits | %d | uint16_t | 2 字节，16bits | %u或%x | int32_t | 4 字节，32bits | 32位机器%ld，64位机器%d | uint32_t | 4 字节，32bits | 32位机器%lu，64位机器%u或%x | int64_t | 8 字节，64bits | 32位机器%lld，64位机器%ld | uint64_t | 8 字节，64bits | 32位机器%llu，64位机器%lu | float | 4 字节，32bits | %f | double | 8 字节，64bits | %lf | bool | 忽略 | %d或%s |
这个抽象定义在Linux标准头文件已经实现，我们只需要在开发时包含一下头文件即可：#include <stdint.h>， bool类型需要包含另外一个头文件：#include <stdbool.h> 1.2 类型格式化在上一章节中我们理解了类型占用的空间，还有输出格式，但还是存在一些困惑的地方，这里做一些解释，首先是格式输出(比如使用printf打印)，我们必须要解决一个不同位数机器的兼容问题，在我们的Ubuntu Server中可以找到一个目录：~/workspace/basics/c/3_1_typedef，该目录里面的源码对应本章内容，如下：  
说明：定义__cplusplus说明是c++的编译器进行编译，c++原生支持bool类型，因此可以忽略该头文件，不然会有编译告警。 1.2.2 定义变量：
1.2.3 printf格式化输出：
说明： #if defined(__x86_64__) || defined(__aarch64__) || defined(__arm64__) 这段宏定义是在区分代码是在64位机器上还是32位机器，不同位数的打印输出是不一样的，我们的Ubuntu Server是64位机器的；如果没有这段宏，代码会出莫名其妙的运行时问题，而且是令人百思不得其解的现象。 1.2.4 编译及运行：
注意，嵌入式的开发过程不要使用微软的工具（比如VS）来编译或者运行，不然你的代码会有一堆冗余的代码去将就WIN32和微软编译内核版本的问题，比如上述例子中的bool类型，如果使用旧的微软编译器(低于Visual Studio 2013的版本)，一定会出现编译不通过的问题，而我们需要做一个修改来将就这个编译内核的问题：  这种兼容在嵌入式开发是绝对的败笔，除非你的软件是开源软件，需要考虑各方的使用，如果是企业产品的开发，不建议使用微软的编译工具。 目前我们暂不考虑编译到开发板上运行，先通过gcc来编译测试：  这段代码可以在任何基于Linux平台（包括安卓）中被无缝移植，而且编译无任何警告和错误，运行也不会出现奇怪的问题。 这种格式化也经常被用来通过sprintf把数值格式化为字符串，比如：  当一个C/C++原码文件被编译链（比如gcc/g++）编译及链接成为可执行程序后，由4个段组成，分别是：代码段，数据段，栈，堆。 代码段(.text)包含代码逻辑（函数），以及宏定义(#define)常量。 数据段包含3部分：.bss，.rodata，.data。 .bss： Block Started by Symbol，存放程序中未初始化的全局变量。 .rodata：read only data，用于存放不可变修改的常量数据。 .data：静态变量和已初始化的全局变量存储区。 栈(.stack)主要用来存放局部变量, 传递的参数, 存放函数的返回地址；程序运行过程中动态生成及回收，不需要用户回收存储空间。 堆(.heap)由malloc等API动态分配的内存区域，其生命周期由free决定；程序运行过程中动态生成，需要由使用者自行回收。 了解程序的组成存储区有利于开发过程中对程序的精简，比如我们可以选择变量内容及大小是直接编译进可执行程序（ROM）中，还是程序运行过程中才被实例化（RAM）；如果代码量10W+行基本能很明显的出现差异，同样功能有的代码编译出来占用空间非常大，有的很精简，其中一个原因就是对底层存储分区的理解不同。 在我们Ubuntu Server目录：~/workspace/basics/c/3_2_variables，存放着本章节我们会用到的源代码文件；其中main_1.c的内容是针对变量/函数的分区存储结构做了描述：  我们尝试保留及注释掉.data里面的一个存储空间，对比两者编译后程序的大小。  差别巨大：  本节内容源码在点击：~/workspace/basics/c/3_2_variables/main_2.c中，主要讲解C语言中的动态类型变量定义的方法，需要使用到的关键字是：typeof()，该关键字是GNU C提供的一种特性，可以用来取得变量/函数的类型，或者表达式的类型。常用的方式如下： 
定义一个变量，可以是普通变量也可以是指针变量，然后typeof取得该变量类型并用于定义另外同类型的变量；比如图中所示的value。 b. 取得函数类型做函数指针。
主要用来取得函数的类型，并定义函数指针使用，图中所示的指针func就是取着函数add类型定义的。 c. 取得表达式类型做处理。
取得表达式相对较为复杂，图中所示，我们将函数add的运算结果导出来用于判断；该技巧同样可以用于函数调用失败后的多次重试。 编译运行如下：  在C语言中，进行类型之间的转换有两种转换方式：隐式类型转换 和 强制类型转换。其中强制类型转换是由开发人员完成的，比如float val = (float)u8; 一般不会出现问题，所以我们重点关心隐式类型转换。 隐式类型转换是由编译器主动完成的，如果由低类型到高类型的隐式类型转换是安全的，不会发生截断；相反由高类型到低类型的隐式类型转换是不安全的，会发生截断产生不正确的结果：  四种情况下会发生隐式类型转换：赋值，算术运算，函数传参，函数返回值。 在源码文件：main_3.c中，我们列出了四种情况的例子： 
图中我们定义的类型uint8_t u8，并赋值为250；同时定义int8_t i8，然后把u8赋值给i8，显然这个过程出现类型不匹配的转换，由于250已经超过i8的最大范围，因此i8不在是数值250了。 b. 算术运算。
两个uint8_t类型相加，赋值给uint16_t，实际上编译器在执行该条指令时，会把两个uint8_t先转换为uint16_t，所以图中： uint16_t both = cal_1 + cal_2; 等价于： uint16_t both = (uint16_t)cal_1 + (uint16_t)cal_2; 隐式类型转换后数据正确。 c. 函数传参。
函数add的参数类型都是int8_t，而我们传入的200已经超过最大范围，因此传入的数据发生大类型到小类型的转换；同时函数返回值是int8_t，两个超过范围的int8_t相加得不到200+200=400的数值，如果相加也出现溢出，那么返回值更加不可测了。 d. 函数返回值。
函数add2的参数和返回值都是uint16_t，我们传入的两个uint8_t被转换为uint16_t，运算结果数值也是uint16_t，因此返回数值正确。 编译运行：  在编写程序的过程中，我们需要留意可能存在隐式类型转换的地方，避免由于数据类型转换导致的结果不可预测。
1.6 指针本章内容的源码在目录点击：~/workspace/basics/c/3_3_pointer 中。 1.6.1 指针与堆堆常见的操作函数有以下几个： void *malloc(size_t size) : 从堆中申请内存空间。 void *calloc(size_t nmemb, size_t size) : 从堆中申请内存空间并清零。 void *realloc(void *ptr, size_t size) : 调整已从堆中申请到的内存大小。 void free(void *ptr) : 释放从堆中申请到的内存空间。 以上的API需要包含头文件： #include <stdlib.h> void *memset(void *s, int c, size_t n) : 给内存空间格式化为指定值。 void bzero(void *s, size_t n) : 给内存空间清零。 以上的API需要包含头文件： #include <string.h> 
malloc返回值非NULL时表示成功，程序中没有做这个判断，出于严谨考虑大家在调用时最好做下判断；同时除非申请的空间极其巨大或者有内存泄漏，不然基本不会出现失败的情况。清零的方式有两种，可以使用memset，也可以使用bzero，建议使用bzero直观一点。 b. realloc。
该函数使用时需要注意，失败时会返回NULL，且先前分配的堆内存空间是不会被回收的，因此我们在调用该函数之前需要备份一下已申请的内存空间地址，这样申请失败的话还可以找回之前的数据；同时需要注意的是，重新申请成功后多出来的那部分内存空间有可能是没有被清零的，需要我们手动调用bzero进行清零。 c. 释放内存。
所有从堆中成功申请到内存空间，都需要通过free函数进行手动回收，不然会造成内存泄漏。 d. 内存拷贝。
从一片内存拷贝数据到另外一片内存可以使用函数：memcpy，比如：  把content栈空间内容（hello world!）拷贝到堆中（pa）。
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