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嵌入式程序员应知道的0x10个基本问题
lionwq | 2008-01-07 19:30:11    阅读:3479   发布文章
嵌入式程序员应知道的0x10个基本问题

一、预处理器(Preprocessor):
1、用预处理指令#define 声明一个常数,用以表明1年中有多少秒(忽略闰年问题)
          #define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL
   

在这里可以看到:
1)#define 语法的基本知识(例如:不能以分号结束,括号的使用,等等)
2)懂得预处理器将为你计算常数表达式的值,因此,直接写出你是如何计算一年

  中有多少秒而不是计算出实际的值,是更清晰而没有代价的。
3)意识到这个表达式将使一个16位机的整型数溢出,因此要用到长整型符号

L,告诉编译器这个常数是的长整型数。
4)如果你在你的表达式中用到UL(表示无符号长整型),那么你有了一个好的起

点。
 
2、写一个"标准"宏MIN ,这个宏输入两个参数并返回较小的一个。
           #define MIN(A,B) ((A) <= (B) ? (A) : (B)) 


在这里可以看到:
1)标识#define在宏中应用的基本知识。这是很重要的。因为在嵌入(inline)操

作符变为标准C的一部分之前,宏是方便产生嵌入代码的唯一方法,对于嵌入

式系统来说,为了能达到要求的性能,嵌入代码经常是必须的方法。
2)三重条件操作符的知识。这个操作符存在C语言中的原因是它使得编译器能产

生比if-then-else更优化的代码,了解这个用法是很重要的。
3)懂得在宏中小心地把参数用括号括起来
4)考虑一下宏的副作用,例如:当你写下面的代码时会发生什么事?
                  least = MIN(*p++, b);
 
3、预处理器标识#error的目的是什么?

答案:强迫编译程序停止编译,主要用于程序调试。
  
二、死循环(Infinite loops):
4、嵌入式系统中经常要用到无限循环,你怎么样用C编写死循环呢?
这个问题用几个解决方案。我首选的方案是:

 while(1)
{
 
 }
 一些程序员更喜欢如下方案:
for(;;)
{
 
 }
    这个实现方式让人为难,因为这个语法没有确切表达到底怎么回事。 

第三个方案是用 goto(不提倡)
Loop:
     ...
goto Loop;
   

三、数据声明(Data declarations): 
5、用变量a给出下面的定义
a)一个整型数(An integer) 
b)一个指向整型数的指针( A pointer to an integer) 
c)一个指向指针的指针,它指向的指针是指向一个整型数  

(A pointer to a pointer to an integer )
d)一个有10个整型数的数组( An array of 10 integers) 
e)一个有10个指针的数组,该指针是指向一个整型数的。 

(An array of 10 pointers to integers) 
f) 一个指向有10个整型数数组的指针

(A pointer to an array of 10 integers) 
g)一个指向函数的指针,该函数有一个整型参数并返回一个整型数

(A pointer to a function that takes an integer as an argument and 

returns an integer) 
h)一个有10个指针的数组,该指针指向一个函数,该函数有一个整型参数并返

回一个整型数

(An array of ten pointers to functions that take an integer 

argument and return an integer )
 
答案是: 
a) int a; // An integer 
b) int *a; // A pointer to an integer 
c) int **a; // A pointer to a pointer to an integer 
d) int a[10]; // An array of 10 integers 
e) int *a[10]; // An array of 10 pointers to integers 
f) int (*a)[10]; // A pointer to an array of 10 integers 
g) int (*a)(int); // A pointer to a function a that takes an integer    argument and returns an integer 
h) int (*a[10])(int); // An array of 10 pointers to functions        

//that take an integer argument and return an integer 
 

四、Static: 
6、关键字static的作用是什么?
    在C语言中,关键字static有三个明显的作用,体现了本地化数据和代码范围的好处和重要性:
1)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。
2)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。
3)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。也就是,这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用。
  
五、Const: 
7、关键字const有什么含意?
   答案:const意味着"只读"。

 

附加问题:
下面的声明都是什么意思?
const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;
 
    前两个的作用是一样,a是一个常整型数。第三个意味着a是一个指向常整型数的指针(也就是,整型数是不可修改的,但指针可以)。第四个意思a是一个指向整型数的常指针(也就是说,指针指向的整型数是可以修改的,但指针是不可修改的)。最后一个意味着a是一个指向常整型数的常指针(也就是说,指针指向的整型数是不可修改的,同时指针也是不可修改的)。

顺带提一句,也许你可能会问,即使不用关键字const,也还是能很容易写出功能正确的程序,那么为什么还要如此看重关键字const呢?理由如下:
1)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。

2)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。
3)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。
 
六、Volatile: 
8、关键字volatile有什么含意?并给出三个不同的例子。
    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。     

下面是volatile变量的几个例子:
1)并行设备的硬件寄存器(如:状态寄存器)
2)一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)
3)多线程应用中被几个任务共享的变量
    这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等打交道,所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。
    附加问题:
1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗?解释为什么。
2)一个指针可以是volatile 吗?解释为什么。
3)下面的函数有什么错误:
int square(volatile int *ptr)
{
    return *ptr * *ptr;
 }
 
下面是答案:
1)是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到

地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。
2)是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个

buffer的指针时。
3)这段代码有点变态。这段代码的目的是用来返回指针*ptr指向值的平方,但

是,由于*ptr指向一个volatile型参数,编译器将产生类似下面的代码:
int square(volatile int *ptr) 
 {
     int a,b;
     a = *ptr;
     b = *ptr;
     return a * b;
 }
    由于*ptr的值可能被意想不到地该变,因此a和b可能是不同的。结果,这段代码可能返回不是你所期望的平方值!正确的代码如下:
 
 long square(volatile int *ptr) 
 {
     int a;
     a = *ptr;
     return a * a;
 }
 
七、位操作(Bit manipulation): 
9、嵌入式系统总是要用户对变量或寄存器进行位操作。给定一个整型变量a,写两段代码,第一个设置a的bit 3,第二个清除a 的bit 3。在以上两个操作中,要保持其它位不变。
    对这个问题有两种基本的方案:

1)用bit fields。Bit fields是被扔到C语言死角的东西,它保证你的代码在

不同编译器之间是不可移植的,同时也保证了的你的代码是不可重用的。

2)用#define和bit masks操作。这是一个有极高可移植性的方法,是应该被用

到的方法。

最佳的解决方案如下:
#define BIT3 (0x1 << 3)
static int a;
 
void set_bit3(void) 
 {
     a |= BIT3;
 }
 void clear_bit3(void) 
 {
     a &= ~BIT3;
 }
    一些人喜欢为设置和清除值而定义一个掩码同时定义一些说明常数,这也是可以接受的。
 
八、访问固定的内存位置(Accessing fixed memory locations): 
10、嵌入式系统经常具有要求程序员去访问某特定的内存位置的特点。在某工程中,要求设置一绝对地址为0x67a9的整型变量的值为0xaa66。编译器是一个纯粹的ANSI编译器。写代码去完成这一任务。
    为了访问一绝对地址把一个整型数强制转换(typecast)为一指针是合法的。这一问题的实现方式随着个人风格不同而不同。典型的类似代码如下:
     int *ptr;
     ptr = (int *)0x67a9;
     *ptr = 0xaa55;
 
  A more obscure approach is: 
 一个较晦涩的方法是:
     *(int * const)(0x67a9) = 0xaa55;
 

九、中断(Interrupts): 
11、中断是嵌入式系统中重要的组成部分,这导致了很多编译开发商提供一种扩展——让标准C支持中断。具代表事实是,产生了一个新的关键字__interrupt。下面的代码就使用了__interrupt关键字去定义了一个中断服务子程序(ISR),请评论一下这段代码。
 
 __interrupt double compute_area (double radius) 
 {
     double area = PI * radius * radius;
     printf("\nArea = %f", area);
     return area;
 }
 
这个函数有太多的错误了,以至让人不知从何说起了:
1)ISR 不能返回一个值。
2)ISR 不能传递参数。
3)在许多的处理器/编译器中,浮点一般都是不可重入的。有些处理器/编译器需

要让额外的寄存器入栈,有些处理器/编译器就是不允许在ISR中做浮点运算。

此外,ISR应该是短而有效率的,在ISR中做浮点运算是不明智的。
4)与第三点一脉相承,printf()经常有重入和性能上的问题。 
 
十、代码例子(Code examples):
12 、下面的代码输出是什么,为什么?
 
 void foo(void)
 {
     unsigned int a = 6;
     int b = -20;
     ((a+b) > 6) ? puts("> 6") : puts("<= 6");
 }
    这个问题测试你是否懂得C语言中的整数自动转换原则。不管如何,这无符号整型问题的答案是输出是 ">6"。原因是当表达式中存在有符号类型和无符号类型时所有的操作数都自动转换为无符号类型。因此-20变成了一个非常大的正整数,所以该表达式计算出的结果大于6。这一点对于应当频繁用到无符号数据类型的嵌入式系统来说是丰常重要的。 

13、评价下面的代码片断:
 
 unsigned int zero = 0;
 unsigned int compzero = 0xFFFF; 
 /*1's complement of zero */
 
 对于一个int型不是16位的处理器为说,上面的代码是不正确的。应编写如下:
 
 unsigned int compzero = ~0;
 

十一、动态内存分配(Dynamic memory allocation): 
14、尽管不像非嵌入式计算机那么常见,嵌入式系统还是有从堆(heap)中动态分配内存的过程的。那么嵌入式系统中,动态分配内存可能发生的问题是什么?
    答案:内存碎片,碎片收集的问题,变量的持行时间等等。!

附加问题:

下面的代码片段的输出是什么,为什么?
 
 char *ptr;
 if ((ptr = (char *)malloc(0)) == NULL) 
     puts("Got a null pointer");
 else
     puts("Got a valid pointer");
    把0值传给了函数malloc,得到了一个合法的指针之后,这就是上面的代码,该代码的输出是"Got a valid pointer"。 

十二、Typedef :
15、Typedef 在C语言中频繁用以声明一个已经存在的数据类型的同义字,也可以用预处理器做类似的事。例如,思考一下下面的例子:
 
 #define dPS struct s *
 typedef struct s * tPS;
 
    以上两种情况的意图都是要定义dPS 和 tPS 作为一个指向结构体s的指针。哪种方法更好呢?为什么?
    答案是:typedef更好。

 

思考下面的例子:
 dPS p1,p2;
 tPS p3,p4;
 
 第一个扩展为
  struct s * p1, p2;
 
    上面的代码定义p1为一个指向结构体s的指针,p2为一个实际的结构体,这也许不是你想要的。第二个例子正确地定义了p3 和p4 两个指针。
 
十三、晦涩的语法:
16、C语言同意一些令人震惊的结构,下面的结构是合法的吗?如果是,它做些什么?
 
 int a = 5, b = 7, c;
 c = a+++b;
 
    上面的例子是完全合乎语法的。问题是编译器如何处理它?水平不高的编译作者实际上会争论这个问题,根据处理原则,编译器应当能处理尽可能所有合法的用法。因此,上面的代码被处理成:
 
 c = a++ + b;
 
因此,这段代码持行后a = 6, b = 7, c = 12。

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