嵌入式C語(yǔ)言的關(guān)鍵字
在嵌入式系統(tǒng)的編程中，常常要求在特定的內(nèi)存單元讀寫(xiě)內(nèi)容，匯編有對(duì)應(yīng)的MOV指令，而除C/C++以外的其它編程語(yǔ)言基本沒(méi)有直接訪(fǎng)問(wèn)絕對(duì)地址的能力。嵌入式C語(yǔ)言的關(guān)鍵字有哪些?下面是相關(guān)的知識(shí)，歡迎閱讀。
1.static關(guān)鍵字
這個(gè)關(guān)鍵字的作用是餓很難強(qiáng)大的。
要對(duì)static關(guān)鍵字深入了解，首先需要掌握標(biāo)準(zhǔn)C程序的組成。
標(biāo)準(zhǔn)C程序一直由下列部分組成：
1)正文段——CPU執(zhí)行的機(jī)器指令部分，也就是你的程序。一個(gè)程序只有一個(gè)副本;只讀，這是為了防止程序由于意外事故而修改自身指令;
2)初始化數(shù)據(jù)段(數(shù)據(jù)段)——在程序中所有賦了初值的全局變量，存放在這里。
3)非初始化數(shù)據(jù)段(bss段)——在程序中沒(méi)有初始化的全局變量;內(nèi)核將此段初始化為0。
注意：只有全局變量被分配到數(shù)據(jù)段中。
4)棧——增長(zhǎng)方向：自頂向下增長(zhǎng);自動(dòng)變量以及每次函數(shù)調(diào)用時(shí)所需要保存的信息(返回地址;環(huán)境信息)。這句很關(guān)鍵，常常有筆試題會(huì)問(wèn)到什么東西放到棧里面就足以說(shuō)明。
5)堆——?jiǎng)討B(tài)存儲(chǔ)分配。
在嵌入式C語(yǔ)言當(dāng)中，它有三個(gè)作用：
作用一：在函數(shù)體，一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數(shù)被調(diào)用過(guò)程中維持其值不變。
這樣定義的變量稱(chēng)為局部靜態(tài)變量：在局部變量之前加上關(guān)鍵字static，局部變量就被定義成為一個(gè)局部靜態(tài)變量。也就是上面的作用一中提到的在函數(shù)體內(nèi)定義的變量。除了類(lèi)型符外，若不加其它關(guān)鍵字修飾，默認(rèn)都是局部變量。比如以下代碼：
void test1(void)
{
unsigned char a;
static unsigned char b;
…
a++;
b++;
}
在這個(gè)例子中，變量a是局部變量，變量b為局部靜態(tài)變量。作用一說(shuō)明了局部靜態(tài)變量b的特性：在函數(shù)體，一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量(也就是局部靜態(tài)變量)在這一函數(shù)被調(diào)用過(guò)程中維持其值不變。這句話(huà)什么意思呢?若是連續(xù)兩次調(diào)用上面的函數(shù)test1：
void main(void)
{
…
test1();
test1();
…
}
然后使程序暫停下來(lái)，讀取a和b的值，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，a=1，b=2。怎么回事呢，每次調(diào)用test1函數(shù)，局部變量a都會(huì)重新初始化為0x00;然后執(zhí)行a++;而局部靜態(tài)變量在調(diào)用過(guò)程中卻能維持其值不變。
通常利用這個(gè)特性可以統(tǒng)計(jì)一個(gè)函數(shù)被調(diào)用的次數(shù)。
聲明函數(shù)的一個(gè)局部變量，并設(shè)為static類(lèi)型，作為一個(gè)計(jì)數(shù)器，這樣函數(shù)每次被調(diào)用的時(shí)候就可以進(jìn)行計(jì)數(shù)。這是統(tǒng)計(jì)函數(shù)被調(diào)用次數(shù)的最好的辦法，因?yàn)檫@個(gè)變量是和函數(shù)息息相關(guān)的，而函數(shù)可能在多個(gè)不同的地方被調(diào)用，所以從調(diào)用者的角度來(lái)統(tǒng)計(jì)比較困難。代碼如下：
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");
}
輸出結(jié)果為：
I have been called 1 times.
I have been called 2 times.
I have been called 3 times.
看一下局部靜態(tài)變量的'詳細(xì)特性，注意它的作用域。
1)內(nèi)存中的位置：靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)
2)初始化：未經(jīng)初始化的全局靜態(tài)變量會(huì)被程序自動(dòng)初始化為0(自動(dòng)對(duì)象的值是任意的，除非他被顯示初始化)
3)作用域：作用域仍為局部作用域，當(dāng)定義它的函數(shù)或者語(yǔ)句塊結(jié)束的時(shí)候，作用域隨之結(jié)束。
注：當(dāng)static用來(lái)修飾局部變量的時(shí)候，它就改變了局部變量的存儲(chǔ)位置，從原來(lái)的棧中存放改為靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。但是局部靜態(tài)變量在離開(kāi)作用域之后，并沒(méi)有被銷(xiāo)毀，而是仍然駐留在內(nèi)存當(dāng)中，直到程序結(jié)束，只不過(guò)我們不能再對(duì)他進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
作用二：在模塊內(nèi)(但在函數(shù)體外)，一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量可以被模塊內(nèi)所用函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)，但不能被模塊外其它函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)。它是一個(gè)本地的全局變量。
這樣定義的變量也稱(chēng)為全局靜態(tài)變量：在全局變量之前加上關(guān)鍵字static，全局變量就被定義成為一個(gè)全局靜態(tài)變量。也就是上述作用二中提到的在模塊內(nèi)(但在函數(shù)體外)聲明的靜態(tài)變量。
定義全局靜態(tài)變量的好處：
<1>不會(huì)被其他文件所訪(fǎng)問(wèn)，修改，是一個(gè)本地的局部變量。
<2>其他文件中可以使用相同名字的變量，不會(huì)發(fā)生沖突。
全局變量的詳細(xì)特性，注意作用域，可以和局部靜態(tài)變量相比較：
1)內(nèi)存中的位置：靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)(靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)在整個(gè)程序運(yùn)行期間都存在)
2)初始化：未經(jīng)初始化的全局靜態(tài)變量會(huì)被程序自動(dòng)初始化為0(自動(dòng)對(duì)象的值是任意的，除非他被顯示初始化)
3)作用域：全局靜態(tài)變量在聲明他的文件之外是不可見(jiàn)的。準(zhǔn)確地講從定義之處開(kāi)始到文件結(jié)尾。
當(dāng)static用來(lái)修飾全局變量的時(shí)候，它就改變了全局變量的作用域(在聲明他的文件之外是不可見(jiàn)的)，但是沒(méi)有改變它的存放位置，還是在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)中。
作用三：在模塊內(nèi)，一個(gè)被聲明為靜態(tài)的函數(shù)只可被這一模塊內(nèi)的其它函數(shù)調(diào)用。那就是，這個(gè)函數(shù)被限制在聲明它的模塊的本地范圍內(nèi)使用。
這樣定義的函數(shù)也成為靜態(tài)函數(shù)：在函數(shù)的返回類(lèi)型前加上關(guān)鍵字static，函數(shù)就被定義成為靜態(tài)函數(shù)。函數(shù)的定義和聲明默認(rèn)情況下是extern的，但靜態(tài)函數(shù)只是在聲明他的文件當(dāng)中可見(jiàn)，不能被其他文件所用。
定義靜態(tài)函數(shù)的好處：
<1> 其他文件中可以定義相同名字的函數(shù)，不會(huì)發(fā)生沖突
<2> 靜態(tài)函數(shù)不能被其他文件所用。它定義一個(gè)本地的函數(shù)。
這里我一直強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)和函數(shù)的本地化，這對(duì)于程序的結(jié)構(gòu)甚至優(yōu)化都有巨大的好處，更大的作用是，本地化的數(shù)據(jù)和函數(shù)能給人傳遞很多有用的信息，能約束數(shù)據(jù)和函數(shù)的作用范圍。在C++的對(duì)象和類(lèi)中非常注重的私有和公共數(shù)據(jù)/函數(shù)其實(shí)就是本地和全局?jǐn)?shù)據(jù)/函數(shù)的擴(kuò)展，這也從側(cè)面反應(yīng)了本地化數(shù)據(jù)/函數(shù)的優(yōu)勢(shì)。
最后說(shuō)一下存儲(chǔ)說(shuō)明符，在標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言中，存儲(chǔ)說(shuō)明符有以下幾類(lèi)：
auto、register、extern和static
對(duì)應(yīng)兩種存儲(chǔ)期：自動(dòng)存儲(chǔ)期和靜態(tài)存儲(chǔ)期。
auto和register對(duì)應(yīng)自動(dòng)存儲(chǔ)期。具有自動(dòng)存儲(chǔ)期的變量在進(jìn)入聲明該變量的程序塊時(shí)被建立，它在該程序塊活動(dòng)時(shí)存在，退出該程序塊時(shí)撤銷(xiāo)。
關(guān)鍵字extern和static用來(lái)說(shuō)明具有靜態(tài)存儲(chǔ)期的變量和函數(shù)。用static聲明的局部變量具有靜態(tài)存儲(chǔ)持續(xù)期(static storage duration)，或靜態(tài)范圍(static extent)。雖然他的值在函數(shù)調(diào)用之間保持有效，但是其名字的可視性仍限制在其局部域內(nèi)。靜態(tài)局部對(duì)象在程序執(zhí)行到該對(duì)象的聲明處時(shí)被首次初始化。
2. const 關(guān)鍵字
const關(guān)鍵字也是一個(gè)優(yōu)秀程序中經(jīng)常用到的關(guān)鍵字。關(guān)鍵字const 的作用是為給讀你代碼的人傳達(dá)非常有用的信息，實(shí)際上，聲明一個(gè)參數(shù)為常量是為了告訴了用戶(hù)這個(gè)參數(shù)的應(yīng)用目的。通過(guò)給優(yōu)化器一些附加的信息，使用關(guān)鍵字const 也許能產(chǎn)生更緊湊的代碼。合理地使用關(guān)鍵字const 可以使編譯器很自然地保護(hù)那些不希望被改變的參數(shù)，防止其被無(wú)意的代碼修改。簡(jiǎn)而言之，這樣可以減少bug的出現(xiàn)。
深入理解const關(guān)鍵字，你必須知道：
a. const關(guān)鍵字修飾的變量可以認(rèn)為有只讀屬性，但它絕不與常量劃等號(hào)。
如下代碼：
const int i=5;
int j=0;
...
i=j; /pic/p>
j=i; /pic/p>
b. const關(guān)鍵字修飾的變量在聲明時(shí)必須進(jìn)行初始化。如下代碼：
const int i=5; /pic/p>
const int j; /pic/p>
c. 用const聲明的變量雖然增加了分配空間，但是可以保證類(lèi)型安全。const最初是從C++變化得來(lái)的，它可以替代define來(lái)定義常量。在舊版本(標(biāo)準(zhǔn)前)的c中，如果想建立一個(gè)常量，必須使用預(yù)處理器：
#define PI 3.14159
此后無(wú)論在何處使用PI，都會(huì)被預(yù)處理器以3.14159替代。編譯器不對(duì)PI進(jìn)行類(lèi)型檢查，也就是說(shuō)可以不受限制的建立宏并用它來(lái)替代值，如果使用不慎，很可能由預(yù)處理引入錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤往往很難發(fā)現(xiàn)。而且，我們也不能得到PI的地址(即不能向PI傳遞指針和引用)。const的出現(xiàn)，比較好的解決了上述問(wèn)題。
d. C標(biāo)準(zhǔn)中，const定義的常量是全局的。
e. 必須明白下面語(yǔ)句的含義，我自己是反復(fù)記憶了許久才記住，方法是：若是想定義一個(gè)只讀屬性的指針，那么關(guān)鍵字const要放到‘* ’后面。
char *const cp; /pic/p>
char const *pc1; /pic/p>
const char *pc2; /pic/p>
f. 將函數(shù)傳入?yún)?shù)聲明為const，以指明使用這種參數(shù)僅僅是為了效率的.原因，而不是想讓調(diào)用函數(shù)能夠修改對(duì)象的值。
參數(shù)const通常用于參數(shù)為指針或引用的情況，且只能修飾輸入?yún)?shù);若輸入?yún)?shù)采用“值傳遞”方式，由于函數(shù)將自動(dòng)產(chǎn)生臨時(shí)變量用于復(fù)制該參數(shù)，該參數(shù)本就不需要保護(hù)，所以不用const修飾。例子：
void fun0(const int * a );
void fun1(const int & a);
調(diào)用函數(shù)的時(shí)候，用相應(yīng)的變量初始化const常量，則在函數(shù)體中，按照const所修飾的部分進(jìn)行常量化，如形參為const int * a，則不能對(duì)傳遞進(jìn)來(lái)的指針?biāo)赶虻膬?nèi)容進(jìn)行改變，保護(hù)了原指針?biāo)赶虻膬?nèi)容;如形參為const int & a，則不能對(duì)傳遞進(jìn)來(lái)的引用對(duì)象進(jìn)行改變，保護(hù)了原對(duì)象的屬性。
g. 修飾函數(shù)返回值，可以阻止用戶(hù)修改返回值。(在嵌入式C中一般不用，主要用于C++)
h. const消除了預(yù)處理器的值替代的不良影響，并且提供了良好的類(lèi)型檢查形式和安全性，在可能的地方盡可能的使用const對(duì)我們的編程有很大的幫助，前提是：你對(duì)const有了足夠的理解。
最后，舉兩個(gè)常用的標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)函數(shù)聲明，它們都是使用const的典范。
1.字符串拷貝函數(shù)：char *strcpy(char *strDest，const char *strSrc);
2.返回字符串長(zhǎng)度函數(shù)：int strlen(const char *str);
3. volatile關(guān)鍵字
一個(gè)定義為volatile 的變量是說(shuō)這變量可能會(huì)被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會(huì)去假設(shè)這個(gè)變量的值了。精確地說(shuō)就是，優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。
由于訪(fǎng)問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)RAM，所以編譯器一般都會(huì)作減少存取外部RAM的優(yōu)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中斷產(chǎn)生時(shí)，在main當(dāng)中調(diào)用dosomething函數(shù)，但是，由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒(méi)有修改過(guò)i，因此可能只執(zhí)行一次對(duì)從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”，導(dǎo)致dosomething永遠(yuǎn)也不會(huì)被調(diào)用。
如果將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對(duì)此變量的讀寫(xiě)操作都不會(huì)被優(yōu)化(肯定執(zhí)行)。此例中i也應(yīng)該如此說(shuō)明。
一般說(shuō)來(lái)，volatile用在如下的幾個(gè)地方：
1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加volatile;
2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile;
3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫(xiě)都可能有不同意義;
不懂得volatile 的內(nèi)容將會(huì)帶來(lái)災(zāi)難，這也是區(qū)分C語(yǔ)言和嵌入式C語(yǔ)言程序員的一個(gè)關(guān)鍵因素。為強(qiáng)調(diào)volatile的重要性,再次舉例分析:
代碼一:
int a,b,c;
/pic/O空間0x100端口的內(nèi)容
a= inword(0x100);
b=a;
a=inword(0x100)
c=a;
代碼二:
volatile int a;
int a,b,c;
/pic/O空間0x100端口的內(nèi)容
a= inword(0x100);
b=a;
a=inword(0x100)
c=a;
在上述例子中,代碼一會(huì)被絕大多數(shù)編譯器優(yōu)化為如下代碼:
a=inword(0x100)
b=a;
c=a;
這顯然與編寫(xiě)者的'目的不相符,會(huì)出現(xiàn)I/O空間0x100端口漏讀現(xiàn)象,若是增加volatile,像代碼二所示的那樣,優(yōu)化器將不會(huì)優(yōu)化掉任何代碼.
從上面來(lái)看,volatile關(guān)鍵字是會(huì)降低編譯器優(yōu)化力度的,但它保證了程序的正確性,所以在適合的地方使用關(guān)鍵字volatile是件考驗(yàn)編程功底的事情.
4.struct與typedef關(guān)鍵字
面對(duì)一個(gè)人的大型C/C++程序時(shí)，只看其對(duì)struct的使用情況我們就可以對(duì)其編寫(xiě)者的編程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。因?yàn)橐粋�(gè)大型的C/C++程序，勢(shì)必要涉及一些(甚至大量)進(jìn)行數(shù)據(jù)組合的結(jié)構(gòu)體，這些結(jié)構(gòu)體可以將原本意義屬于一個(gè)整體的數(shù)據(jù)組合在一起。從某種程度上來(lái)說(shuō)，會(huì)不會(huì)用struct，怎樣用struct是區(qū)別一個(gè)開(kāi)發(fā)人員是否具備豐富開(kāi)發(fā)經(jīng)歷的標(biāo)志。
在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信控制、嵌入式系統(tǒng)的'C/C++編程中，我們經(jīng)常要傳送的不是簡(jiǎn)單的字節(jié)流(char型數(shù)組)，而是多種數(shù)據(jù)組合起來(lái)的一個(gè)整體，其表現(xiàn)形式是一個(gè)結(jié)構(gòu)體。
經(jīng)驗(yàn)不足的開(kāi)發(fā)人員往往將所有需要傳送的內(nèi)容依順序保存在char型數(shù)組中，通過(guò)指針偏移的方法傳送網(wǎng)絡(luò)報(bào)文等信息。這樣做編程復(fù)雜，易出錯(cuò)，而且一旦控制方式及通信協(xié)議有所變化，程序就要進(jìn)行非常細(xì)致的修改。
用法:
在C中定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型要用typedef:
typedef struct Student
{
int a;
}Stu;
于是在聲明變量的時(shí)候就可：Stu stu1;
如果沒(méi)有typedef就必須用struct Student stu1;來(lái)聲明
這里的Stu實(shí)際上就是struct Student的別名。
另外這里也可以不寫(xiě)Student(于是也不能struct Student stu1;了)
typedef struct
{
int a;
}Stu;
struct關(guān)鍵字的一個(gè)總要作用是它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的封裝,有一點(diǎn)點(diǎn)類(lèi)似與C++的對(duì)象,可以將一些分散的特性對(duì)象化,這在編寫(xiě)某些復(fù)雜程序時(shí)提供很大的方便性.
比如編寫(xiě)一個(gè)菜單程序,你要知道本級(jí)菜單的菜單索引號(hào)、焦點(diǎn)在屏上是第幾項(xiàng)、顯示第一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的菜單條目索引、菜單文本內(nèi)容、子菜單索引、當(dāng)前菜單執(zhí)行的功能操作。若是對(duì)上述條目單獨(dú)操作，那么程序的復(fù)雜程度將會(huì)大到不可想象，若是菜單層數(shù)少些還容易實(shí)現(xiàn)，一旦菜單層數(shù)超出四層，呃~我就沒(méi)法形容了。若是有編寫(xiě)過(guò)菜單程序的朋友或許理解很深。這時(shí)候結(jié)構(gòu)體struct就開(kāi)始顯現(xiàn)它的威力了：
/pic/p>
typedef struct
{
unsigned char CurrentPanel;/pic/p>
unsigned char ItemStartDisplay; /pic/p>
unsigned char FocusLine; /pic/p>
}Menu_Statestruct;
typedef struct
{
unsigned char *MenuTxt; /pic/p>
unsigned char MenuChildID;/pic/p>
void (*CurrentOperate)();/pic/p>
}MenuItemStruct;
typedef struct
{
MenuItemStruct *MenuPanelItem;
unsigned char MenuItemCount;
}MenuPanelStruct;
菜單程序中的結(jié)構(gòu)體定義，這個(gè)菜單程序最大可以到256級(jí)菜單。當(dāng)初要寫(xiě)一個(gè)菜單程序之前，并沒(méi)有對(duì)結(jié)構(gòu)體了解多少，也沒(méi)有想到使用結(jié)構(gòu)體。只是一層層菜單的單獨(dú)處理：如果按鍵按下，判斷是哪個(gè)按鍵，調(diào)用對(duì)應(yīng)按鍵的子程序，刷屏顯示。這樣處理起來(lái)每一層都要判斷當(dāng)前的光標(biāo)所在行，計(jì)算是不是在顯示屏的頂層，是不是在顯示層的底層，是不是需要翻頁(yè)等等，非常的繁瑣。
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