嵌入式C語言運用(筆試面試前必看)

1、語言測試是招聘嵌入式系統(tǒng)程序員過程中必須而且有效的方法。這些年，我既參加也組織了許多這種測試，在這過程中我意識到這些測試能為面試者和被面試者提供許多有用信息，此外，撇開面試的壓力不談，這種測試也是相當有趣的。從被面試者的角度來講，你能了解許多關(guān)于出題者或監(jiān)考者的情況。這個測試只是出題者為顯示其對ANSI標準細節(jié)的知識而不是技術(shù)技巧而設(shè)計嗎？這是個愚蠢的問題嗎？如要你答出某個字符的ASCII值。這些問題著重考察你的系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)存分配策略方面的能力嗎？這標志著出題者也許花時間在微機上而不是在嵌入式系統(tǒng)上。如果上述任何問題的答案是是的話，那么我知道我得認真考慮我是否應(yīng)該去做這份工作。從面試者的角度來

2、講，一個測試也許能從多方面揭示應(yīng)試者的素質(zhì)：最基本的，你能了解應(yīng)試者C語言的水平。不管怎么樣，看一下這人如何回答他不會的問題也是滿有趣。應(yīng)試者是以好的直覺做出明智的選擇，還是只是瞎蒙呢？當應(yīng)試者在某個問題上卡住時是找借口呢，還是表現(xiàn)出對問題的真正的好奇心，把這看成學(xué)習(xí)的機會呢？我發(fā)現(xiàn)這些信息與他們的測試成績一樣有用。有了這些想法，我決定出一些真正針對嵌入式系統(tǒng)的考題，希望這些令人頭痛的考題能給正在找工作的人一點幫助。這些問題都是我這些年實際碰到的。其中有些題很難，但它們應(yīng)該都能給你一點啟迪。這個測試適于不同水平的應(yīng)試者，大多數(shù)初級水平的應(yīng)試者的成績會很差，經(jīng)驗豐富的程序員應(yīng)該有很好的成績。為了

3、讓你能自己決定某些問題的偏好，每個問題沒有分配分數(shù)，如果選擇這些考題為你所用，請自行按你的意思分配分數(shù)。預(yù)處理器(Preprocessor)1.用預(yù)處理指令#define聲明一個常數(shù)，用以表明1年中有多少秒(忽略閏年問題)#defineSECONDS_PER_YEAR(60*60*24*365)UL我在這想看到幾件事情：#define語法的基本知識(例如：不能以分號結(jié)束，括號的使用，等等)懂得預(yù)處理器將為你計算常數(shù)表達式的值，因此，直接寫出你是如何計算一年中有多少秒而不是計算出實際的值，是更清晰而沒有代價的。3)意識到這個表達式將使一個16位機的整型數(shù)溢出-因此要用到長整型符號L,告訴編譯器這

4、個常數(shù)是的長整型數(shù)。如果你在你的表達式中用到UL(表示無符號長整型)，那么你有了一個好的起點。記住，第一印象很重要。2.寫一個標準宏MIN，這個宏輸入兩個參數(shù)并返回較小的一個。#defineMIN(A,B)(A)=(B)?(A):(B)這個測試是為下面的目的而設(shè)的：標識#define在宏中應(yīng)用的基本知識。這是很重要的。因為在嵌入(inline)操作符變?yōu)闃藴蔆的一部分之前，宏是方便產(chǎn)生嵌入代碼的唯一方法，對于嵌入式系統(tǒng)來說，為了能達到要求的性能，嵌入代碼經(jīng)常是必須的方法。2)三重條件操作符的知識。這個操作符存在C語言中的原因是它使得編譯器能產(chǎn)生比if-then-else更優(yōu)化的代碼，了解這個用

5、法是很重要的。懂得在宏中小心地把參數(shù)用括號括起來我也用這個問題開始討論宏的副作用，例如：當你寫下面的代碼時會發(fā)生什么事？least=MIN(*p+,b);預(yù)處理器標識#error的目的是什么？如果你不知道答案，請看參考文獻1。這問題對區(qū)分一個正常的伙計和一個書呆子是很有用的。只有書呆子才會讀C語言課本的附錄去找出象這種問題的答案。當然如果你不是在找一個書呆子，那么應(yīng)試者最好希望自己不要知道答案。死循環(huán)(Infiniteloops)嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常要用到無限循環(huán)，你怎么樣用C編寫死循環(huán)呢？這個問題用幾個解決方案。我首選的方案是：while(1)一些程序員更喜歡如下方案：for(;)這個實現(xiàn)方式讓

6、我為難，因為這個語法沒有確切表達到底怎么回事。如果一個應(yīng)試者給出這個作為方案，我將用這個作為一個機會去探究他們這樣做的基本原理。如果他們的基本答案是：我被教著這樣做，但從沒有想到過為什么。這會給我留下一個壞印象。第三個方案是用gotoLoop:.gotoLoop;應(yīng)試者如給出上面的方案，這說明或者他是一個匯編語言程序員(這也許是好事)或者他是一個想進入新領(lǐng)域的BASIC/FORTRA曜序員。數(shù)據(jù)聲明(Datadeclarations)用變量a給出下面的定義一個整型數(shù)(Aninteger)一個指向整型數(shù)的指針(Apointertoaninteger)一個指向指針的的指針，它指向的指針是指向一個整

7、型數(shù)(Apointertoapointertoanintege)r一個有10個整型數(shù)的數(shù)組(Anarrayof10integers)一個有10個指針的數(shù)組，該指針是指向一個整型數(shù)的。(Anarrayof10pointerstointegers)一個指向有10個整型數(shù)數(shù)組的指針(Apointertoanarrayof10integers)一個指向函數(shù)的指針，該函數(shù)有一個整型參數(shù)并返回一個整型數(shù)(Apointertoafunctionthattakesanintegerasanargumentandreturnsaninteger)一個有10個指針的數(shù)組，該指針指向一個函數(shù)，該函數(shù)有一個整型參數(shù)并

8、返回一個整型數(shù)(Anarrayoftenpointerstofunctionsthattakeanintegerargumentandreturnaninteger)答案是：a)inta;/Anintegerb)int*a;/Apointertoanintegerc)int*a;/Apointertoapointertoanintegerd)inta10;/Anarrayof10integerse)int*a10;/Anarrayof10pointerstointegersf)int(*a)10;/Apointertoanarrayof10integersg)int(*a)(int);/Apo

9、intertoafunctionathattakesanintegerargumentandreturnsanintegerh)int(*a10)(int);/Anarrayof10pointerstofunctionsthattakeanintegerargumentandreturnaninteger人們經(jīng)常聲稱這里有幾個問題是那種要翻一下書才能回答的問題，我同意這種說法。當我寫這篇文章時，為了確定語法的正確性，我的確查了一下書。但是當我被面試的時候，我期望被問到這個問題（或者相近的問題）。因為在被面試的這段時間里，我確定我知道這個問題的答案。應(yīng)試者如果不知道所有的答案（或至少大部分答案）

10、，那么也就沒有為這次面試做準備，如果該面試者沒有為這次面試做準備，那么他又能為什么出準備呢？Static關(guān)鍵字static的作用是什么？這個簡單的問題很少有人能回答完全。在C語言中，關(guān)鍵字static有三個明顯的作用：在函數(shù)體，一個被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數(shù)被調(diào)用過程中維持其值不變。在模塊內(nèi)（但在函數(shù)體外），一個被聲明為靜態(tài)的變量可以被模塊內(nèi)所用函數(shù)訪問，但不能被模塊外其它函數(shù)訪問。它是一個本地的全局變量。在模塊內(nèi)，一個被聲明為靜態(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，這個函數(shù)被限制在聲明它的模塊的本地范圍內(nèi)使用。大多數(shù)應(yīng)試者能正確回答第一部分，一部分能正確回答第二部分，同是很少的人

11、能懂得第三部分。這是一個應(yīng)試者的嚴重的缺點，因為他顯然不懂得本地化數(shù)據(jù)和代碼范圍的好處和重要性。Const關(guān)鍵字const有什么含意？我只要一聽到被面試者說：const意味著常數(shù)，我就知道我正在和一個業(yè)余者打交道。去年DanSaks已經(jīng)在他的文章里完全概括了const的所有用法，因此ESP（譯者：EmbeddedSystemsProgramming）的每一位讀者應(yīng)該非常熟悉const能做什么和不能做什么.如果你從沒有讀到那篇文章，只要能說出const意味著只讀就可以了。盡管這個答案不是完全的答案，但我接受它作為一個正確的答案。（如果你想知道更詳細的答案，仔細讀一下Saks的文章吧。）如果應(yīng)試者

12、能正確回答這個問題，我將問他一個附加的問題：下面的聲明都是什么意思？ TOC o 1-5 h z constinta;intconsta;constint*a;int*consta;intconst*aconst;/*/前兩個的作用是一樣，a是一個常整型數(shù)。第三個意味著a是一個指向常整型數(shù)的指針（也就是，整型數(shù)是不可修改的，但指針可以)。第四個意思a是一個指向整型數(shù)的常指針(也就是說，指針指向的整型數(shù)是可以修改的，但指針是不可修改的)。最后一個意味著a是一個指向常整型數(shù)的常指針(也就是說，指針指向的整型數(shù)是不可修改的，同時指針也是不可修改的)。如果應(yīng)試者能正確回答這些問題，那么他就給我留下了一

13、個好印象。順帶提一句，也許你可能會問，即使不用關(guān)鍵字，也還是能很容易寫出功能正確的程序，那么我為什么還要如此看重關(guān)鍵字const呢？我也如下的幾下理由：關(guān)鍵字const的作用是為給讀你代碼的人傳達非常有用的信息，實際上，聲明一個參數(shù)為常量是為了告訴了用戶這個參數(shù)的應(yīng)用目的。如果你曾花很多時間清理其它人留下的垃圾，你就會很快學(xué)會感謝這點多余的信息。(當然，懂得用const的程序員很少會留下的垃圾讓別人來清理的。)通過給優(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那些不希望被改變的參數(shù)，防止其被無意的代碼修改。簡而言之，這樣可

14、以減少bug的出現(xiàn)。Volatile8.關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個不同的例子。一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會去假設(shè)這個變量的值了。精確地說就是，優(yōu)化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個例子：并行設(shè)備的硬件寄存器(如：狀態(tài)寄存器)一個中斷服務(wù)子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automaticvariables)多線程應(yīng)用中被幾個任務(wù)共享的變量回答不出這個問題的人是不會被雇傭的。我認為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問題。搞嵌

15、入式的家伙們經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所有這些都要求用到volatile變量。不懂得volatile的內(nèi)容將會帶來災(zāi)難。假設(shè)被面試者正確地回答了這是問題(嗯，懷疑是否會是這樣)，我將稍微深究一下，看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。一個參數(shù)既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什么。2);一個指針可以是volatile嗎？解釋為什么。3);下面的函數(shù)有什么錯誤：intsquare(volatileint*ptr)return*ptr*ptr;下面是答案：是的。一個例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const

16、因為程序不應(yīng)該試圖去修改它。2);是的。盡管這并不很常見。一個例子是當一個中服務(wù)子程序修該一個指向一個buffer的指針時。這段代碼有點變態(tài)。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一個volatile型參數(shù)，編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼：intsquare(volatileint*ptr)inta,b;a=*ptr;b=*ptr;returna*b;由于*ptr的值可能被意想不到地該變，因此a和b可能是不同的。結(jié)果，這段代碼可能返不是你所期望的平方值！正確的代碼如下：longsquare(volatileint*ptr)inta;a=*ptr;returna*a;

17、位操作(Bitmanipulation)9.嵌入式系統(tǒng)總是要用戶對變量或寄存器進行位操作。給定一個整型變量a,寫兩段代碼，第一個設(shè)置a的bit3，第二個清除a的bit3。在以上兩個操作中，要保持其它位不變。對這個問題有三種基本的反應(yīng)1)不知道如何下手。該被面者從沒做過任何嵌入式系統(tǒng)的工作。2)用bitfields。Bitfields是被扔到C語言死角的東西，它保證你的代碼在不同編譯器之間是不可移植的，同時也保證了的你的代碼是不可重用的。我最近不幸看到Infineon為其較復(fù)雜的通信芯片寫的驅(qū)動程序，它用到了bitfields因此完全對我無用，因為我的編譯器用其它的方式來實現(xiàn)bitfields的

18、。從道德講：永遠不要讓一個非嵌入式的家伙粘實際硬件的邊。3)用#defines和bitmasks操作。這是一個有極高可移植性的方法，是應(yīng)該被用到的方法。最佳的解決方案如下：#defineBIT3(0 x16)?puts(6):puts(6。原因是當表達式中存在有符號類型和無符號類型時所有的操作數(shù)都自動轉(zhuǎn)換為無符號類型。因此-20變成了一個非常大的正整數(shù)，所以該表達式計算出的結(jié)果大于6。這一點對于應(yīng)當頻繁用到無符號數(shù)據(jù)類型的嵌入式系統(tǒng)來說是豐常重要的。如果你答錯了這個問題，你也就到了得不到這份工作的邊緣。.評價下面的代碼片斷：unsignedintzero=0;unsignedintcompze

19、ro=0 xFFFF;/*1scomplementofzero*/對于一個int型不是16位的處理器為說，上面的代碼是不正確的。應(yīng)編寫如下：unsignedintcompzero=0;這一問題真正能揭露出應(yīng)試者是否懂得處理器字長的重要性。在我的經(jīng)驗里，好的嵌入式程序員非常準確地明白硬件的細節(jié)和它的局限，然而PC機程序往往把硬件作為一個無法避免的煩惱。到了這個階段，應(yīng)試者或者完全垂頭喪氣了或者信心滿滿志在必得。如果顯然應(yīng)試者不是很好，那么這個測試就在這里結(jié)束了。但如果顯然應(yīng)試者做得不錯，那么我就扔出下面的追加問題，這些問題是比較難的，我想僅僅非常優(yōu)秀的應(yīng)試者能做得不錯。提出這些問題，我希望更多看

20、到應(yīng)試者應(yīng)付問題的方法，而不是答案。不管如何，你就當是這個娛樂吧.動態(tài)內(nèi)存分配(Dynamicmemoryallocation)14.盡管不像非嵌入式計算機那么常見，嵌入式系統(tǒng)還是有從堆(heap)中動態(tài)分配內(nèi)存的過程的。那么嵌入式系統(tǒng)中，動態(tài)分配內(nèi)存可能發(fā)生的問題是什么？這里，我期望應(yīng)試者能提到內(nèi)存碎片，碎片收集的問題，變量的持行時間等等。這個主題已經(jīng)在ESP雜志中被廣泛地討論過了(主要是P.J.Plauger,他的解釋遠遠超過我這里能提到的任何解釋)，所有回過頭看一下這些雜志吧！讓應(yīng)試者進入一種虛假的安全感覺后，我拿出這么一個小節(jié)目：下面的代碼片段的輸出是什么，為什么？char*ptr;i

21、f(ptr=(char*)malloc(0)=NULL)puts(Gotanullpointer);elseputs(Gotavalidpointer);這是一個有趣的問題。最近在我的一個同事不經(jīng)意把0值傳給了函數(shù)malloc，得到了一個合法的指針之后，我才想到這個問題。這就是上面的代碼，該代碼的輸出是Gotavalidpointer。我用這個來開始討論這樣的一問題，看看被面試者是否想到庫例程這樣做是正確。得到正確的答案固然重要，但解決問題的方法和你做決定的基本原理更重要些。TypedefTypedef在C語言中頻繁用以聲明一個已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)類型的同義字。也可以用預(yù)處理器做類似的事。例如，思考一下下面的例子：#definedPSstructs*typedefstructs*tPS;以上兩種情況的意圖都是要定義dPS和tPS作為一個指向結(jié)構(gòu)s指針。哪種方法更好呢？(如果有的話)為什么？這是一個非常微妙的問題，任何人答對這個問題(正當?shù)脑?是應(yīng)當被恭喜的。答案是：typedef更好。思考下面的例子：dPSp1,p2;tPSp3,p4;第一個擴展為structs*p1,p2;上面的代碼定義p1為一個指向結(jié)構(gòu)的指，p2為一個實際的結(jié)構(gòu)，這也許不是你想要