嵌入式軟件開發(fā)常用的關(guān)鍵字和運(yùn)算符

電子設(shè)計(jì)聯(lián)盟 · 發(fā)表于 2023-12-4 12:00:00

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volatile關(guān)鍵字
volatile是一個(gè)特征修飾符，提醒編譯器它后面所定義的變量隨時(shí)都有可能改變，因此編譯后的程序每次需要存儲或讀取這個(gè)變量的時(shí)候，告訴編譯器對該變量不做優(yōu)化，都會直接從變量內(nèi)存地址中讀取數(shù)據(jù)，從而可以提供對特殊地址的穩(wěn)定訪問。

常用場景：中斷服務(wù)與主程序共享變量。示例代碼如下：

//volatile uint8_t flag=1;uint8_t flag=1;
void test(void){ while(flag) { //do something }}
//interrupt service routinevoid isr_test(void){ flag=0;}
如果沒使用volatile定義flag，可能在優(yōu)化后test陷入死循環(huán)，因?yàn)閠est里使用的flag并沒修改它，開啟優(yōu)化后，編譯器可能會固定從某個(gè)內(nèi)存取值。

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const關(guān)鍵字
const 是 constant 的縮寫，意思是“恒定不變的”，它是定義常變量的關(guān)鍵字。
通常有4種用法。

. _; Y$ Q0 L9 a1 E* ~
1、修飾變量

采用const修飾變量，即變量聲明為只讀，保護(hù)變量值以防被修改。

const int i = 1;或者int const i=1;
變量i具有只讀特性，不能夠被更改；若想對i重新賦值，如i = 10，屬于錯(cuò)誤操作。
; f% R' I" R* r+ p" M

2、修飾數(shù)組

數(shù)組元素與變量類似，具有只讀屬性，不能被更改，一旦更改，編譯時(shí)就會報(bào)錯(cuò)。

const int array[5] = {1,2,3,4,5};array[0] = array[0]+1; //錯(cuò)誤，array是只讀的，禁止修改
使用大數(shù)組存儲固定的信息，例如查表（表驅(qū)動法的鍵值表），可以使用const節(jié)省ram。編譯器并不給普通const只讀變量分配空間，而是將它們保存到符號表中，無需讀寫內(nèi)存操作，程序執(zhí)行效率也會提高。

& W1 {, v0 E0 s5 |# P7 B& F
3、修飾指針

C語言中const修飾指針要特別注意，共有兩種形式，一種是用來限定指向空間的值不能修改；另一種是限定指針不可更改。

int i = 1;int j = 2;
const int *p1 = &i;int* const p2 = &j;
上面定義了兩個(gè)指針p1和p2，區(qū)別是const后面是指針本身還是指向的內(nèi)容。

在定義1中const限定的是*p1，即其指向空間的值不可改變，若改變其指向空間的值如*p1=10，則程序會報(bào)錯(cuò)；但p1的值是可以改變的，對p1重新賦值如p1=&k是沒有任何問題的。

在定義2中const限定的是指針p2，若改變p2的值如p2=&k，程序?qū)䦂?bào)錯(cuò)；但*p2，即其所指向空間的值可以改變，如*p2=20是沒有問題的，程序正常執(zhí)行。
4 ~6 S0 x3 z6 l% `

4、修飾函數(shù)參數(shù)
const關(guān)鍵字修飾函數(shù)參數(shù)，對參數(shù)起限定作用，防止其在函數(shù)內(nèi)部被修改，所限定的函數(shù)參數(shù)可以是普通變量，也可以是指針變量。

void fun(const int i){ …… i++; //對i的值進(jìn)行了修改，程序報(bào)錯(cuò)}
常用的函數(shù)如strlen。

size_t strlen(const char *string);
const在庫函數(shù)中使用非常普遍，是一種自我保護(hù)的安全編碼思維。
3
static關(guān)鍵字
1、static修飾全局變量，該變量只在本文件內(nèi)被訪問，不能在其他文件被直接訪問。

2、static修飾函數(shù)，該函數(shù)只能在本文件內(nèi)被訪問，不能被其他文件訪問。但是可以通過嵌套的方式調(diào)用，變相的封裝的表現(xiàn)。

3、static修飾局部變量，更改該局部變量的生命周期。

生命周期：將臨時(shí)變量的生命周期變成全局變量的生命周期。

作用域不變：作用域仍然是在本代碼塊內(nèi)。

4
struct與union
可以使用struct結(jié)構(gòu)體來存放一組不同類型的數(shù)據(jù)。

struct 結(jié)構(gòu)體名{ 結(jié)構(gòu)體所包含的變量或數(shù)組};
結(jié)構(gòu)體是一種集合，它里面包含了多個(gè)變量或數(shù)組，它們的類型可以相同，也可以不同，每個(gè)這樣的變量或數(shù)組都稱為結(jié)構(gòu)體的成員，通常我們使用結(jié)構(gòu)體定義和解析協(xié)議，如下所示：

// WiFi接收數(shù)據(jù)幀，控制切換模式#pragma pack(1)typedef struct receive_data_mode_t{ uint8_t device_head; // 數(shù)據(jù)幀頭：0XA0+功能碼（FUNCTION_ID3），A款產(chǎn)品智能插座 uint16_t device_len; // 數(shù)據(jù)包總長度 uint16_t device_id; // 節(jié)點(diǎn)ID 0X0001~0XFFFE char software_version[15]; // 軟件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款產(chǎn)品軟件1.0版本 char hardware_version[15]; // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款產(chǎn)品硬件1.0版本 uint8_t switch_mode; // 切換模式 0：運(yùn)行模式，1：配置模式，2：節(jié)點(diǎn)升級，3：節(jié)點(diǎn)重啟 uint16_t crc; // 校驗(yàn)位}ReceiveData_Mode_t;#pragma pack()
union共用體關(guān)鍵字，定義union下面的成員變量共享一塊內(nèi)存，每一個(gè)成員在任一時(shí)刻有且只有一個(gè)成員使用此塊內(nèi)存。

union 共用體名{ 成員列表};
結(jié)構(gòu)體和共用體的區(qū)別在于：結(jié)構(gòu)體的各個(gè)成員會占用不同的內(nèi)存，互相之間沒有影響；而共用體的所有成員占用同一段內(nèi)存，修改一個(gè)成員會影響其余所有成員。
通常使用共用體做一些標(biāo)志位操作，例如以下示例，可以非常靈活的訪問Val中的bit位。

typedef union { BYTE Val; struct __packed { BYTE b0:1; BYTE b1:1; BYTE b2:1; BYTE b3:1; BYTE b4:1; BYTE b5:1; BYTE b6:1; BYTE b7:1; } bits;}BYTE_VAL, BYTE_BITS;
或者使用共用體實(shí)現(xiàn)單字節(jié)與多字節(jié)的轉(zhuǎn)化和拼接，如下所示：

#include "stdio.h"
typedef struct{ union { struct { unsigned char low; unsigned char high; }; unsigned short result; };}test_t;
int main(int argc, char *argv[]){ test_t hello;
hello.high=0x12; hello.low=0x34;
printf("result=%04X\r
",hello.result);//輸出 result=1234
return 0;}

5
預(yù)定義標(biāo)識符
一般編譯器都支持預(yù)定義標(biāo)識符，這些標(biāo)識符結(jié)合printf等打印信息幫助程序員調(diào)試程序是非常有用的，一般編譯器會自動根據(jù)用戶指定完成替換和處理。

常用的預(yù)定義標(biāo)識符如下所示：

__FILE__ //表示編譯的源文件名__LINE__ //表示當(dāng)前文件的行號__FUNCTION__ //表示函數(shù)名__DATE__ //表示編譯日期__TIME__ //表示編譯時(shí)間
在Debug打印日志時(shí)候經(jīng)常會用到，如下所示：

printf("file:%s,line:%d,date:%s,time:%s",__FILE__,__LINE__,__DATE__,__TIME__);

6
#與##
#：是一種運(yùn)算符，用于帶參宏的文本替換，將跟在后面的參數(shù)轉(zhuǎn)成一個(gè)字符串常量。

##：是一種運(yùn)算符，是將兩個(gè)運(yùn)算對象連接在一起，也只能出現(xiàn)在帶參宏定義的文本替換中。

#include "stdio.h"
#define TO_STR(s) #s#define COMB(str1,str2) str1##str2
int main(int argc, char *argv[]){ int UART0= 115200;
printf("UART0=%d
", COMB(UART, 0));//字符串合并為變量UART0 printf("%s
", TO_STR(3.14));//將數(shù)字變成字符串
return 0;}

7
void 與 void*關(guān)鍵字
void表示的是無類型，不能聲明變量或常量，但是可以把指針定義為void類型，如void* ptr。void* 指針可以指向任意類型的數(shù)據(jù)，在C語言指針操作中，任意類型的數(shù)據(jù)地址都可轉(zhuǎn)為void* 指針。因?yàn)橹羔槺举|(zhì)上都是unsigned int。

常用的內(nèi)存塊操作庫函數(shù)：

void * memcpy( void *dest, const void *src, size_t len );void * memset( void *buffer, int c, size_t num);
數(shù)據(jù)指針為void* 類型，對傳入任意類型數(shù)據(jù)的指針都可以操作。另外其中memcpy第二個(gè)參數(shù)，const現(xiàn)在也如前文所述，拷貝時(shí)對傳入的原數(shù)據(jù)內(nèi)容禁止修改。

特殊說明，指針是不能使用sizeof求內(nèi)容大小的，在ARM系統(tǒng)固定為int 4字節(jié)。對于函數(shù)無輸入?yún)?shù)的，也盡量加上void，如下所示：

void fun(void);

8
weak關(guān)鍵字
一般簡化定義如下所示：

#define _WEAK __attribute__((weak))
函數(shù)名稱前面加上__WEAK屬性修飾符稱為“弱函數(shù)”，類似C++的虛函數(shù)。鏈接時(shí)優(yōu)先鏈接為非weak定義的函數(shù)，如果找不到則再鏈接帶weak函數(shù)。

_WEAK void fun(void) { //do this}
//不在同一個(gè).c，兩同名函數(shù)不能在同一個(gè)文件void fun(void) { //do that}
這種自動選擇的機(jī)制，在代碼移植和多模塊配合工作的場景下應(yīng)用較多。例如前期移植代碼，需要調(diào)用某個(gè)接口fun，但當(dāng)前該接口不存在或者未移植完整使用，可以使用weak關(guān)鍵字定義為空函數(shù)先保證編譯正常。

后續(xù)移植完成實(shí)現(xiàn)了fun，即軟件中有2個(gè)fun函數(shù)沒有任何錯(cuò)誤，編譯器自動會識別使用后者。當(dāng)然也粗暴的#if 0屏蔽對fun的調(diào)用，但要確保后續(xù)記得放開。

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