來自公眾號(hào) : 嵌入式ARM

整理：bug菌

1、聊一聊

本文是bug菌為大家整理的好文，C語言其實(shí)是非常簡潔的語言，語法相比那些高級(jí)語言可以說非常小巧了，然而C語言在嵌入式中卻有著其獨(dú)特的魅力，本文為大家展示了C語言在嵌入式中的特色，大家參考學(xué)習(xí)一下。文章中也融入了bug菌的一些觀點(diǎn)，僅供大家學(xué)習(xí)參考！

2、前言

本文從語法上來說C語言并不復(fù)雜， 但編寫優(yōu)質(zhì)可靠的嵌入式C程序并非易事，不僅需要熟知硬件特性和缺陷，還需要對(duì)編譯原理和計(jì)算機(jī)技術(shù)知識(shí)有著一定的了解。本文以嵌入式實(shí)踐為基礎(chǔ)，再結(jié)合相關(guān)資料, 闡述嵌入式需要了解的C語言知識(shí)和重點(diǎn)，希望每個(gè)讀到這篇文章的人都能有所收獲。

3、關(guān)鍵字

關(guān)鍵字是C語言中具有特殊功能的保留標(biāo)示符，按照功能可分為1). 數(shù)據(jù)類型(常用char, short, int, long, unsigned, float, double)2). 運(yùn)算和表達(dá)式(?=, +, -, *, while, do-while, if, goto, switch-case)3). 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(auto， static， extern，const， register，volatile，restricted)，4). 結(jié)構(gòu)(struct, enum, union,typedef),5). 位操作和邏輯運(yùn)算(<>, &, |, ~，^, &&)，6). 預(yù)處理(#define, #include, #error，#if...#elif...#else...#endif等)，7). 平臺(tái)擴(kuò)展關(guān)鍵字(__asm, __inline，__syscall)這些關(guān)鍵字共同構(gòu)成了嵌入式平臺(tái)的C語法。(bugPS：平臺(tái)擴(kuò)展關(guān)鍵字大家可以到各個(gè)平臺(tái)手冊(cè)中查找，往往這些擴(kuò)展能夠幫助大家更好的調(diào)試程序等，不過也會(huì)存在跨平臺(tái)可移植性問題)嵌入式的應(yīng)用從邏輯上可以抽象為三個(gè)部分：1). 數(shù)據(jù)的輸入(如傳感器，信號(hào)，接口輸入),2). 數(shù)據(jù)的處理(如協(xié)議的解碼和封包，AD采樣值的轉(zhuǎn)換等)3). 數(shù)據(jù)的輸出(GUI的顯示，輸出的引腳狀態(tài)，DA的輸出控制電壓，PWM波的占空比等)，對(duì)于數(shù)據(jù)的管理就貫穿著整個(gè)嵌入式應(yīng)用的開發(fā)，它包含數(shù)據(jù)類型，存儲(chǔ)空間管理，位和邏輯操作，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，C語言從語法上支撐上述功能的實(shí)現(xiàn)，并提供相應(yīng)的優(yōu)化機(jī)制，以應(yīng)對(duì)嵌入式下更受限的資源環(huán)境。

4、數(shù)據(jù)類型

C語言支持常用的字符型，整型，浮點(diǎn)型變量，有些編譯器如keil還擴(kuò)展支持bit(位)和sfr(寄存器)等數(shù)據(jù)類型來滿足特殊的地址操作。C語言只規(guī)定了每種基本數(shù)據(jù)類型的最小取值范圍，因此在不同芯片平臺(tái)上相同類型可能占用不同長度的存儲(chǔ)空間，這就需要在代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)考慮后續(xù)移植的兼容性，而C語言提供的typedef就是用于處理這種情況的關(guān)鍵字，在大部分支持跨平臺(tái)的軟件項(xiàng)目中被采用，典型的如下:typedef?unsigned?char?uint8_t;typedef?unsigned?short?uint16_t;typedef?unsigned?int?uint32_t;......typedef?signed?int?int32_t;既然不同平臺(tái)的基本數(shù)據(jù)寬度不同，那么如何確定當(dāng)前平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型如int的寬度，這就需要C語言提供的接口sizeof，實(shí)現(xiàn)如下。printf("int size:%d, short size:%d, char size:%d\n",?sizeof(int),?sizeof(char),?sizeof(short));這里還有重要的知識(shí)點(diǎn)，就是指針的寬度，如char?*p；printf("point p size:%d\n",?sizeof(p));其實(shí)這就和芯片的可尋址寬度有關(guān)，如32位MCU的寬度就是4，64位MCU的寬度就是8，在有些時(shí)候這也是查看MCU位寬比較簡單的方式。(bugPS:在熟悉一款新的芯片時(shí)候，直接把這些參數(shù)打印出來，不然這些注意點(diǎn)比較零碎在文檔上查找比較麻煩)

5、內(nèi)存管理與存儲(chǔ)架構(gòu)

C語言允許程序變量在定義時(shí)就確定內(nèi)存地址，通過作用域，以及關(guān)鍵字extern，static，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)的處理機(jī)制，按照在硬件的區(qū)域不同，內(nèi)存分配有三種方式(節(jié)選自C++高質(zhì)量編程)：1). 從靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域分配。內(nèi)存在程序編譯的時(shí)候就已經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在。例如全局變量，static 變量。2). 在棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中 ，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。(bugPS:不過還是存在入棧和出棧的時(shí)間消耗)3). 從堆上分配，亦稱動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時(shí)候用 malloc 或 new 申請(qǐng)任意多少的內(nèi)存，程序員自己負(fù)責(zé)在何時(shí)用 free 或 delete 釋放內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)存的生存期由程序員決定，使用非常靈活，但同時(shí)遇到問題也最多。(bugPS:這一塊也是最容易出問題的，分配了不釋放，釋放了又訪問都是不正確的，也是非常考驗(yàn)程序員的編程素質(zhì))這里先看個(gè)簡單的C語言實(shí)例。//main.c#include?#include?static?int?st_val;?? ? ? ? ? ? ? ? ??//靜態(tài)全局變量 -- 靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)int?ex_val;?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??//全局變量 -- 靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)int?main(void){???int?a?=?0;?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??//局部變量 -- 棧上申請(qǐng)???int?*ptr?=?NULL;?? ? ? ? ? ? ? ? ??//指針變量???static?int?local_st_val?=?0;?? ? ??//靜態(tài)變量???local_st_val?+=?1;???a?=?local_st_val;???ptr?=?(int?*)malloc(sizeof(int));?//從堆上申請(qǐng)空間???if(ptr?!=?NULL)???{?? ? ? printf("*p value:%d",?*ptr);?? ?free(ptr);?? ? ? ptr?=?NULL;?? ? ? //free后需要將ptr置空，否則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)ptr的校驗(yàn)失效，出現(xiàn)野指針??? }?? ? ? ? ? ?}?? ?C語言的作用域不僅描述了標(biāo)識(shí)符的可訪問的區(qū)域，其實(shí)也規(guī)定了變量的存儲(chǔ)區(qū)域，在文件作用域的變量st_val和ex_val被分配到靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，其中static關(guān)鍵字主要限定變量能否被其它文件訪問，而代碼塊作用域中的變量a, ptr和local_st_val則要根據(jù)類型的不同，分配到不同的區(qū)域，其中a是局部變量，被分配到棧中，ptr作為指針，由malloc分配空間，因此定義在堆中，而local_st_val則被關(guān)鍵字限定，表示分配到靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。這里就涉及到重要知識(shí)點(diǎn)，static在文件作用域和代碼塊作用域的意義是不同的：在文件作用域用于限定函數(shù)和變量的外部鏈接性(能否被其它文件訪問), 在代碼塊作用域則用于將變量分配到靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。(bugPS：這里的代碼塊一般指的是用大括號(hào)括起來的區(qū)域，當(dāng)然文件中的static同樣也是分配到靜態(tài)全局存儲(chǔ)區(qū))對(duì)于C語言，如果理解上述知識(shí)對(duì)于內(nèi)存管理基本就足夠，但對(duì)于嵌入式C來說，定義一個(gè)變量，它不一定在內(nèi)存(SRAM)中，也有可能在FLASH空間，或直接由寄存器存儲(chǔ)(register定義變量或者高優(yōu)化等級(jí)下的部分局部變量)，如:定義為const的全局變量定義在Flash中(BugPS：對(duì)于MCU一般都會(huì)放在Flash，不過具體還是需要看對(duì)應(yīng)的映射文件，參考:【MCU】一種單片機(jī)節(jié)省內(nèi)存的方法(補(bǔ)充));定義為register的局部變量會(huì)被優(yōu)化到直接放在通用寄存器中(bugPS:register修飾的僅僅是可能分配到:具體可以參考: 頓悟,神秘的register關(guān)鍵字(C語言篇))，在優(yōu)化運(yùn)行速度，或者存儲(chǔ)受限時(shí)，理解這部分知識(shí)對(duì)于代碼的維護(hù)就很有意義。此外，嵌入式C語言的編譯器中會(huì)擴(kuò)展內(nèi)存管理機(jī)制，如支持分散加載機(jī)制和__attribute__((section("用戶定義區(qū)域")))，允許指定變量存儲(chǔ)在特殊的區(qū)域如(SDRAM, SQI FLASH), 這強(qiáng)化了對(duì)內(nèi)存的管理，以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境場景和需求。LD_ROM 0x00800000 0x10000 { ;load region size_region EX_ROM 0x00800000 0x10000 { ;load address = execution address *.o (RESET, +First) *(InRoot$$Sections) .ANY (+RO) } EX_RAM 0x20000000 0xC000 { ;rw Data .ANY (+RW +ZI) } EX_RAM1 0x2000C000 0x2000 { .ANY(MySection) } EX_RAM2 0x40000000 0x20000{ .ANY(Sdram) }}int a[10] __attribute__((section("Mysection")));int?b[100]?__attribute__((section("Sdram")));采用這種方式，我們就可以將變量指定到需要的區(qū)域，這在某些情況下是必須的，如做GUI或者網(wǎng)頁時(shí)因?yàn)橐鎯?chǔ)大量圖片和文檔，內(nèi)部FLASH空間可能不足，這時(shí)就可以將變量聲明到外部區(qū)域，另外內(nèi)存中某些部分的數(shù)據(jù)比較重要，為了避免被其它內(nèi)容覆蓋，可能需要單獨(dú)劃分SRAM區(qū)域，避免被誤修改導(dǎo)致致命性的錯(cuò)誤，這些經(jīng)驗(yàn)在實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)中是常用且重要，不過因?yàn)槠?#xff0c;這里只簡略的提供例子，如果工作中遇到這種需求，建議詳細(xì)去了解下。至于堆的使用，對(duì)于嵌入式Linux來說，使用起來和標(biāo)準(zhǔn)C語言一致，注意malloc后的檢查，釋放后記得置空，避免"野指針“，不過對(duì)于資源受限的單片機(jī)來說，使用malloc的場景一般較少，如果需要頻繁申請(qǐng)內(nèi)存塊的場景，都會(huì)構(gòu)建基于靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)和內(nèi)存塊分割的一套內(nèi)存管理機(jī)制，一方面效率會(huì)更高(用固定大小的塊提前分割，在使用時(shí)直接查找編號(hào)處理)，另一方面對(duì)于內(nèi)存塊的使用可控，可以有效避免內(nèi)存碎片的問題，常見的如RTOS和網(wǎng)絡(luò)LWIP都是采用這種機(jī)制，我個(gè)人習(xí)慣也采用這種方式，所以關(guān)于堆的細(xì)節(jié)不在描述，如果希望了解，可以參考中關(guān)于存儲(chǔ)相關(guān)的說明。

6、指針與數(shù)組

數(shù)組和指針往往是引起程序bug的主要原因，如數(shù)組越界，指針越界，非法地址訪問，非對(duì)齊訪問，這些問題背后往往都有指針和數(shù)組的影子，因此理解和掌握指針和數(shù)組，是成為合格C語言開發(fā)者的必經(jīng)之路。數(shù)組是由相同類型元素構(gòu)成，當(dāng)它被聲明時(shí)，編譯器就根據(jù)內(nèi)部元素的特性在內(nèi)存中分配一段空間，另外C語言也提供多維數(shù)組，以應(yīng)對(duì)特殊場景的需求，而指針則是提供使用地址的符號(hào)方法，只有指向具體的地址才有意義，C語言的指針具有最大的靈活性，在被訪問前，可以指向任何地址，這大大方便了對(duì)硬件的操作，但同時(shí)也對(duì)開發(fā)者有了更高的要求。參考如下代碼。int?main(void){ char cval[] = "hello"; int i; int ival[] = {1, 2, 3, 4}; int arr_val[][2] = {{1, 2}, {3, 4}}; const char *pconst = "hello"; char *p; int *pi; int *pa; int **par; p = cval; p++; //addr增加1 pi = ival; pi+=1; //addr增加4 pa = arr_val[0]; pa+=1; //addr增加4 par = arr_val; par++; //addr增加8 for(i=0; i { printf("%d ", cval[i]); } printf("\n"); printf("pconst:%s\n", pconst); printf("addr:%d, %d\n", cval, p); printf("addr:%d, %d\n", icval, pi); printf("addr:%d, %d\n", arr_val, pa); printf("addr:%d, %d\n", arr_val, par);}/* PC端64位系統(tǒng)下運(yùn)行結(jié)果0x68 0x65 0x6c 0x6c 0x6f 0x0pconst:helloaddr:6421994, 6421995addr:6421968, 6421972addr:6421936, 6421940addr:6421936, 6421944 */對(duì)于數(shù)組來說，一般從0開始獲取值，以length-1作為結(jié)束，通過[0, length)半開半閉區(qū)間訪問，這一般不會(huì)出問題，但是某些時(shí)候，我們需要倒著讀取數(shù)組時(shí)，有可能錯(cuò)誤的將length作為起始點(diǎn)，從而導(dǎo)致訪問越界，另外在操作數(shù)組時(shí)，有時(shí)為了節(jié)省空間，將訪問的下標(biāo)變量i定義為unsigned char類型，而C語言中unsigned char類型的范圍是0~255，如果數(shù)組較大，會(huì)導(dǎo)致數(shù)組超過時(shí)無法截止，從而陷入死循環(huán)，這種在最初代碼構(gòu)建時(shí)很容易避免，但后期如果更改需求，在加大數(shù)組后，在使用數(shù)組的其它地方都會(huì)有隱患，需要特別注意。在前面提到過，指針占有的空間與芯片的尋址寬度有關(guān)，32位平臺(tái)為4字節(jié)，64位為8字節(jié)，而指針的加減運(yùn)算中的長度又與它的類型相關(guān)，如char類型為1，int類型為4，如果你仔細(xì)觀察上面的代碼就會(huì)發(fā)現(xiàn)par的值增加了8，這是因?yàn)橹赶蛑羔樀闹羔?#xff0c;對(duì)應(yīng)的變量是指針，也就是長度就是指針類型的長度，在64位平臺(tái)下為8，如果在32位平臺(tái)則為4，這些知識(shí)理解起來并不困難，但是這些特性在工程運(yùn)用中稍有不慎，就會(huì)埋下不易察覺的問題。另外指針還支持強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，這在某些情況下相當(dāng)有用，參考如下代碼：#include typedef struct{ int b; int a;}STRUCT_VAL;static __align(4) char arr[8] = {0x12, 0x23, 0x34, 0x45, 0x56, 0x12, 0x24, 0x53};int main(void){ STRUCT_VAL *pval; int *ptr; pval = (STRUCT_VAL *)arr; ptr = (int *)&arr[4]; printf("val:%d, %d", pval->a, pval->b); printf("val:%d,", *ptr);}//0x45342312 0x53241256//0x53241256基于指針的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，在協(xié)議解析，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理中高效快捷的解決了數(shù)據(jù)解析的問題(bugPS:bug菌之前的文章也有提到過，強(qiáng)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體直接索引解析，還是比較好用的)，但是在處理過程中涉及的數(shù)據(jù)對(duì)齊，大小端，是常見且十分易錯(cuò)的問題，如上面arr字符數(shù)組，通過__align(4)強(qiáng)制定義為4字節(jié)對(duì)齊是必要的，這里可以保證后續(xù)轉(zhuǎn)換成int指針訪問時(shí)，不會(huì)觸發(fā)非對(duì)齊訪問異常，如果沒有強(qiáng)制定義，char默認(rèn)是1字節(jié)對(duì)齊的，當(dāng)然這并不就是一定觸發(fā)異常(由整個(gè)內(nèi)存的布局決定arr的地址，也與實(shí)際使用的空間是否支持非對(duì)齊訪問有關(guān)，如部分SDRAM使用非對(duì)齊訪問時(shí)，會(huì)觸發(fā)異常), 這就導(dǎo)致可能增減其它變量，就可能觸發(fā)這種異常，而出異常的地方往往和添加的變量毫無關(guān)系，而且代碼在某些平臺(tái)運(yùn)行正常，切換平臺(tái)后觸發(fā)異常，這種隱蔽的現(xiàn)象是嵌入式中很難查找解決的問題。另外，C語言指針還有特殊的用法就是通過強(qiáng)制轉(zhuǎn)換給特定的物理地址訪問，通過函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)回調(diào)，如下：#include typedef int (*pfunc)(int, int);int func_add(int a, int b){ return a+b;}int main(void){ pfunc *func_ptr; *(volatile uint32_t *)0x20001000 = 0x01a23131; func_ptr = func_add; printf("%d\n", func_ptr(1, 2));}這里說明下，volatile易變的，可變的，一般用于以下幾種狀況：1)并行設(shè)備的硬件寄存器(如：狀態(tài)寄存器)2)一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪問到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)3)多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量volatile可以解決用戶模式和異常中斷訪問同一個(gè)變量時(shí)，出現(xiàn)的不同步問題，另外在訪問硬件地址時(shí)，volatile也阻止對(duì)地址訪問的優(yōu)化，從而確保訪問的實(shí)際的地址，精通volatile的運(yùn)用，在嵌入式底層中十分重要，也是嵌入式C從業(yè)者的基本要求之一。函數(shù)指針在一般嵌入式軟件的開發(fā)中并不常見，但對(duì)許多重要的實(shí)現(xiàn)如異步回調(diào)，驅(qū)動(dòng)模塊，使用函數(shù)指針就可以利用簡單的方式實(shí)現(xiàn)很多應(yīng)用，當(dāng)然我這里只能說是拋磚引玉，許多細(xì)節(jié)知識(shí)是值得詳細(xì)去了解掌握的。

7、結(jié)構(gòu)體類型與對(duì)齊

C語言提供自定義數(shù)據(jù)類型來描述一類具有相同特征點(diǎn)的事務(wù)，主要支持的有結(jié)構(gòu)體，枚舉和聯(lián)合體。其中枚舉通過別名限制數(shù)據(jù)的訪問，可以讓數(shù)據(jù)更直觀，易讀，實(shí)現(xiàn)如下：typedef?enum?{spring=1,?summer,?autumn,?winter?}season;season?s1?=?summer;聯(lián)合體的是能在同一個(gè)存儲(chǔ)空間里存儲(chǔ)不同類型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型，對(duì)于聯(lián)合體的占用空間，則是以其中占用空間最大的變量為準(zhǔn)，如下：typedef union{ char c; short s; int i; }UNION_VAL;UNION_VAL val; int main(void) { printf("addr:0x%x, 0x%x, 0x%x\n", (int)(&(val.c)), (int)(&(val.s)), (int)(&(val.i))); val.i = 0x12345678; if(val.s == 0x5678) printf("小端模式\n"); else printf("大端模式\n"); } /*addr:0x407970, 0x407970, 0x407970 小端模式*/聯(lián)合體的用途主要通過共享內(nèi)存地址的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)部段的訪問，這在解析某些變量時(shí)，提供了更為簡便的方式，此外測試芯片的大小端模式也是聯(lián)合體的常見應(yīng)用，當(dāng)然利用指針強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，也能實(shí)現(xiàn)該目的,實(shí)現(xiàn)如下：int data = 0x12345678; short *pdata = (short *)&data; if(*pdata = 0x5678) printf("%s\n", "小端模式"); else ??printf("%s\n",?"大端模式");可以看出使用聯(lián)合體在某些情況下可以避免對(duì)指針的濫用。結(jié)構(gòu)體則是將具有共通特征的變量組成的集合，比起C++的類來說，它沒有安全訪問的限制，不支持直接內(nèi)部帶函數(shù)，但通過自定義數(shù)據(jù)類型，函數(shù)指針，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)很多類似于類的操作，對(duì)于大部分嵌入式項(xiàng)目來說，結(jié)構(gòu)化處理數(shù)據(jù)對(duì)于優(yōu)化整體架構(gòu)以及后期維護(hù)大有便利，下面舉例說明：typedef int (*pfunc)(int, int); typedef struct{ int num; int profit; pfunc get_total; }STRUCT_VAL;int GetTotalProfit(int a, int b){ return a*b; } int main(void){ STRUCT_VAL Val; STRUCT_VAL *pVal; Val.get_total = GetTotalProfit; Val.num = 1; Val.profit = 10; printf("Total:%d\n", Val.get_total(Val.num, Val.profit)); //變量訪問 pVal = &Val; printf("Total:%d\n", pVal->get_total(pVal->num, pVal->profit)); //指針訪問 } /* Total:10 Total:10 */C語言的結(jié)構(gòu)體支持指針和變量的方式訪問，通過轉(zhuǎn)換可以解析任意內(nèi)存的數(shù)據(jù)(如我們之前提到的通過指針強(qiáng)制轉(zhuǎn)換解析協(xié)議)，另外通過將數(shù)據(jù)和函數(shù)指針打包，在通過指針傳遞，是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)層實(shí)接口切換的重要基礎(chǔ)，有著重要的實(shí)踐意義，另外基于位域，聯(lián)合體，結(jié)構(gòu)體，可以實(shí)現(xiàn)另一種位操作，這對(duì)于封裝底層硬件寄存器具有重要意義，實(shí)踐如下：typedef unsigned char uint8_t; union reg{ struct{ uint8_t bit0:1; uint8_t bit1:1; uint8_t bit2_6:5; uint8_t bit7:1; }bit; uint8_t all; }; int main(void){ union reg RegData; RegData.all = 0; RegData.bit.bit0 = 1; RegData.bit.bit7 = 1; printf("0x%x\n", RegData.all); RegData.bit.bit2_6 = 0x3; printf("0x%x\n", RegData.all); } /* 0x81 0x8d*/通過聯(lián)合體和位域操作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)bit的訪問，這在寄存器以及內(nèi)存受限的平臺(tái)(bugPS：省內(nèi)存的辦法)，提供了簡便且直觀的處理方式，另外對(duì)于結(jié)構(gòu)體的另一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)就是對(duì)齊了，通過對(duì)齊訪問，可以大幅度提高運(yùn)行效率，但是因?yàn)閷?duì)齊引入的存儲(chǔ)長度問題，也是容易出錯(cuò)的問題，對(duì)于對(duì)齊的理解，可以分類為如下說明。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型：以默認(rèn)的的長度對(duì)齊，如char以1字節(jié)對(duì)齊，short以2字節(jié)對(duì)齊等數(shù)組 ：按照基本數(shù)據(jù)類型對(duì)齊，第一個(gè)對(duì)齊了后面的自然也就對(duì)齊了。聯(lián)合體 ：按其包含的長度最大的數(shù)據(jù)類型對(duì)齊。結(jié)構(gòu)體：結(jié)構(gòu)體中每個(gè)數(shù)據(jù)類型都要對(duì)齊，結(jié)構(gòu)體本身以內(nèi)部最大數(shù)據(jù)類型長度對(duì)齊union DATA{ int a; char b; }; struct BUFFER0{ union DATA data; char a; //reserved[3] int b; short s; //reserved[2] }; //16字節(jié) struct BUFFER1{ char a; //reserved[0] short s; union DATA data; int b; };//12字節(jié) int main(void) { struct BUFFER0 buf0; struct BUFFER1 buf1; printf("size:%d, %d\n", sizeof(buf0), sizeof(buf1)); printf("addr:0x%x, 0x%x, 0x%x, 0x%x\n", (int)&(buf0.data), (int)&(buf0.a), (int)&(buf0.b), (int)&(buf0.s)); printf("addr:0x%x, 0x%x, 0x%x, 0x%x\n", (int)&(buf1.a), (int)&(buf1.s), (int)&(buf1.data), (int)&(buf1.b)); } /* size:16, 12 addr:0x61fe10, 0x61fe14, 0x61fe18, 0x61fe1c addr:0x61fe04, 0x61fe06, 0x61fe08, 0x61fe0c */其中union聯(lián)合體的大小與內(nèi)部最大的變量int一致，為4字節(jié)，根據(jù)讀取的值，就知道實(shí)際內(nèi)存布局和填充的位置是一致，事實(shí)上學(xué)會(huì)通過填充來理解C語言的對(duì)齊機(jī)制，是有效且快捷的方式。

8、預(yù)處理機(jī)制

C語言提供了豐富的預(yù)處理機(jī)制，方便了跨平臺(tái)的代碼的實(shí)現(xiàn)，此外C語言通過宏機(jī)制實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)和代碼塊替換，字符串格式化，代碼段切換，對(duì)于工程應(yīng)用具有重要意義，下面按照功能需求，描述在C語言運(yùn)用中的常用預(yù)處理機(jī)制。#include 包含文件命令，在C語言中，它執(zhí)行的效果是將包含文件中的所有內(nèi)容插入到當(dāng)前位置，這不只包含頭文件，一些參數(shù)文件，配置文件，也可以使用該文件插入到當(dāng)前代碼的指定位置。其中<>和""分別表示從標(biāo)準(zhǔn)庫路徑還是用戶自定義路徑開始檢索。#define宏定義，常見的用法包含定義常量或者代碼段別名，當(dāng)然某些情況下配合##格式化字符串，可以實(shí)現(xiàn)接口的統(tǒng)一化處理，實(shí)例如下：#define MAX_SIZE 10#define MODULE_ON 1#define ERROR_LOOP() do{\ printf("error loop\n");\ }while(0);#define global(val) g_##valint global(v) = 10;int global(add)(int a, int b){ return a+b;｝#if..#elif...#else...#endif， #ifdef..#endif, #ifndef...#endif條件選擇判斷，條件選擇主要用于切換代碼塊，這種綜合性項(xiàng)目和跨平臺(tái)項(xiàng)目中為了滿足多種情況下的需求往往會(huì)被使用。#undef 取消定義的參數(shù)，避免重定義問題。#error，#warning用于用戶自定義的告警信息，配合#if，#ifdef使用，可以限制錯(cuò)誤的預(yù)定義配置。#pragma 帶參數(shù)的預(yù)定義處理，常見的#pragma pack(1), 不過使用后會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的整個(gè)文件都以設(shè)置的字節(jié)對(duì)齊，配合push和pop可以解決這種問題，代碼如下：#pragma pack(push)#pragma pack(1)struct TestA{ char i; int b;}A;#pragma pack(pop); //注意要調(diào)用pop，否則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)文件都以pack定義值對(duì)齊，執(zhí)行不符合預(yù)期等同于 struct _TestB{ char i; int b;?}__attribute__((packed))A;

9、總結(jié)

如果你看到了這里，那么應(yīng)該對(duì)C語言有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，嵌入式C語言在處理硬件物理地址，位操作，內(nèi)存訪問，都給予開發(fā)者了充分的自由，通過數(shù)組，指針以及強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的技巧，可以有效減少數(shù)據(jù)處理中的復(fù)制過程，這對(duì)于底層是必要的，也方便了整個(gè)架構(gòu)的開發(fā)。但是由這種自由帶來的非法訪問，溢出，越界，以及不同硬件平臺(tái)對(duì)齊，數(shù)據(jù)寬度，大小端問題，在功能設(shè)計(jì)人員手里一般還能夠處理，對(duì)于后續(xù)接手項(xiàng)目的人來說，如果本身的設(shè)計(jì)沒有考慮清楚這些問題，往往代表著問題和麻煩，所以對(duì)于任何嵌入式C的從業(yè)者，清晰的掌握這些基礎(chǔ)的知識(shí)和必要的。講到這里，關(guān)于嵌入式C語言的初步總結(jié)就到此為止，但C語言在嵌入式運(yùn)用的中的重點(diǎn)和難點(diǎn)并不僅僅只有這些，如嵌入式C語言支持的內(nèi)聯(lián)匯編，通訊間的可靠性實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)校驗(yàn)和完整性保證，這些工程上的運(yùn)用和技巧，都很難用簡單的言語說清楚，另外有關(guān)異常觸發(fā)后的查找和解決的技巧，也值得詳細(xì)的說明，這里因?yàn)槠约白约哼€未整理清晰，就先到此為止。-END-

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總結(jié)

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