嵌入式C语言的关键字

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嵌入式C语言的关键字

　　在嵌入式系统的编程中，常常要求在特定的内存单元读写内容，汇编有对应的MOV指令，而除C/C++以外的其它编程语言基本没有直接访问绝对地址的能力。嵌入式C语言的关键字有哪些?下面是相关的知识，欢迎阅读。

　　1.static关键字

　　这个关键字的作用是饿很难强大的。

　　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();

　　…

　　}

　　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。

　　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);

　　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.

　　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;

　　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。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。

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