嵌入式程序員應(yīng)知道的問題講座

26/26想成為嵌入式程序員應(yīng)明白的0x10個差不多問題C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(dāng)有味的。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。那個測試只是出題者為顯示其對ANSI標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)志著出題者也許花時刻在微機上而不是在嵌入式系統(tǒng)上。假如上述任何問題的答案是"是"的話，那么我明白我得認(rèn)真考慮我是否應(yīng)該去做這份工作。從面試者的角度來講，一個測試也許能從多方面揭示應(yīng)試者的素養(yǎng)：最差不多的，你能了解應(yīng)試者C語言的水平。不管如何樣，看一下這人如何回答他可不能的問題也是滿有味。應(yīng)試者是以好的直覺做出明智的選擇，依舊只是瞎蒙呢？當(dāng)應(yīng)試者在某個問題上卡住時是找借口呢，依舊表現(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)覺這些信息與他們的測試成績一樣有用。有了這些方法，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關(guān)心。這些問題差不多上我這些年實際碰到的。其中有些題專門難，但它們應(yīng)該都能給你一點啟迪。那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)試者的成績會專門差，經(jīng)驗豐富的程序員應(yīng)該有專門好的成績。為了讓你能自己決定某些問題的偏好，每個問題沒有分配分?jǐn)?shù)，假如選擇這些考題為你所用，請自行按你的意思分配分?jǐn)?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我在這想看到幾件情況：1)#define語法的差不多知識（例如：不能以分號結(jié)束，括號的使用，等等）2)明白得預(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)意識到那個表達式將使一個16位機的整型數(shù)溢出-因此要用到長整型符號L,告訴編譯器那個常數(shù)是的長整型數(shù)。4)假如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，第一印象專門重要。2.寫一個"標(biāo)準(zhǔn)"宏MIN，那個宏輸入兩個參數(shù)并返回較小的一個。#defineMIN(A,B)（（A）<=(B)?(A):(B))那個測試是為下面的目的而設(shè)的：1)標(biāo)識#define在宏中應(yīng)用的差不多知識。這是專門重要的。因為在嵌入(inline)操作符變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)C的一部分之前，宏是方便產(chǎn)生嵌入代碼的唯一方法，關(guān)于嵌入式系統(tǒng)來講，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。那個操作符存在C語言中的緣故是它使得編譯器能產(chǎn)生比if-then-else更優(yōu)化的代碼，了解那個用法是專門重要的。3)明白得在宏中小心地把參數(shù)用括號括起來4)我也用那個問題開始討論宏的副作用，例如：當(dāng)你寫下面的代碼時會發(fā)生什么事？least=MIN(*p++,b);3.預(yù)處理器標(biāo)識#error的目的是什么？假如你不明白答案，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專門有用的。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。因此假如你不是在找一個書呆子，那么應(yīng)試者最好希望自己不要明白答案。死循環(huán)（Infiniteloops）4.嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常要用到無限循環(huán)，你如何樣用C編寫死循環(huán)呢？那個問題用幾個解決方案。我首選的方案是：while(1){}一些程序員更喜愛如下方案：for(;;){}那個實現(xiàn)方式讓我為難，因為那個語法沒有確切表達到底如何回事。假如一個應(yīng)試者給出那個作為方案，我將用那個作為一個機會去探究他們?nèi)绱俗龅牟畈欢嘣怼＜偃缢麄兊牟畈欢啻鸢甘牵?我被教著如此做，但從沒有想到過什么緣故。"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，這講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/FORTRAN程序員。數(shù)據(jù)聲明（Datadeclarations）5.用變量a給出下面的定義a)一個整型數(shù)（Aninteger）b)一個指向整型數(shù)的指針（Apointertoaninteger）c)一個指向指針的的指針，它指向的指針是指向一個整型數(shù)（Apointertoapointertoanintege）rd)一個有10個整型數(shù)的數(shù)組（Anarrayof10integers）e)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）f)一個指向有10個整型數(shù)數(shù)組的指針（Apointertoanarrayof10integers）g)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）h)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)并返回一個整型數(shù)（Anarrayoftenpointerstofunctionsthattakeanintegerargumentandreturnaninteger）答案是：a)inta;//Anintegerb)int*a;//Apointertoanintegerc)int**a;//Apointertoapointertoanintegerd)inta[10];//Anarrayof10integerse)int*a[10];//Anarrayof10pointerstointegersf)int(*a)[10];//Apointertoanarrayof10integersg)int(*a)(int);//Apointertoafunctionathattakesanintegerargumentandreturnsanintegerh)int(*a[10])(int);//Anarrayof10pointerstofunctionsthattakeanintegerargumentandreturnaninteger人們經(jīng)常聲稱那個地點有幾個問題是那種要翻一下書才能回答的問題，我同意這種講法。當(dāng)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。然而當(dāng)我被面試的時候，我期望被問到那個問題（或者相近的問題）。因為在被面試的這段時刻里，我確定我明白那個問題的答案。應(yīng)試者假如不明白所有的答案（或至少大部分答案），那么也就沒有為這次面試做預(yù)備，假如該面試者沒有為這次面試做預(yù)備，那么他又能什么緣故出預(yù)備呢？Static6.關(guān)鍵字static的作用是什么？那個簡單的問題專門少有人能回答完全。在C語言中，關(guān)鍵字static有三個明顯的作用：1)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。2)在模塊內(nèi)（但在函數(shù)體外），一個被聲明為靜態(tài)的變量能夠被模塊內(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。3)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。那確實是，那個函數(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，同是專門少的人能明白得第三部分。這是一個應(yīng)試者的嚴(yán)峻的缺點，因為他顯然不明白得本地化數(shù)據(jù)和代碼范圍的好處和重要性。Const7．關(guān)鍵字const有什么含意？我只要一聽到被面試者講："const意味著常數(shù)"，我就明白我正在和一個業(yè)余者打交道。去年DanSaks差不多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)該特不熟悉const能做什么和不能做什么.假如你從沒有讀到那篇文章，只要能講出const意味著"只讀"就能夠了。盡管那個答案不是完全的答案，但我同意它作為一個正確的答案。（假如你想明白更詳細的答案，認(rèn)真讀一下Saks的文章吧。）假如應(yīng)試者能正確回答那個問題，我將問他一個附加的問題：下面的聲明差不多上什么意思？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（也確實是，整型數(shù)是不可修改的，但指針能夠）。第四個意思a是一個指向整型數(shù)的常指針（也確實是講，指針指向的整型數(shù)是能夠修改的，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（也確實是講，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）。假如應(yīng)試者能正確回答這些問題，那么他就給我留下了一個好印象。順帶提一句，也許你可能會問，即使不用關(guān)鍵字const，也依舊能專門容易寫出功能正確的程序，那么我什么緣故還要如此看重關(guān)鍵字const呢？我也如下的幾下理由：1)關(guān)鍵字const的作用是為給讀你代碼的人傳達特不有用的信息，實際上，聲明一個參數(shù)為常量是為了告訴了用戶那個參數(shù)的應(yīng)用目的。假如你曾花專門多時刻清理其它人留下的垃圾，你就會專門快學(xué)會感謝這點多余的信息。（因此，明白得用const的程序員專門少會留下的垃圾讓不人來清理的。）2)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。3)合理地使用關(guān)鍵字const能夠使編譯器專門自然地愛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，如此能夠減少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的變量是講這變量可能會被意想不到地改變，如此，編譯器就可不能去假設(shè)那個變量的值了。精確地講確實是，優(yōu)化器在用到那個變量時必須每次都小心地重新讀取那個變量的值，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：1)并行設(shè)備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器）2)一個中斷服務(wù)子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automaticvariables)3)多線程應(yīng)用中被幾個任務(wù)共享的變量回答不出那個問題的人是可不能被雇傭的。我認(rèn)為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最差不多的問題。搞嵌入式的家伙們經(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。不明白得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，懷疑是否會是如此），我將略微深究一下，看一下這家伙是不是直正明白得volatile完全的重要性。1)一個參數(shù)既能夠是const還能夠是volatile嗎？解釋什么緣故。2);一個指針能夠是volatile嗎？解釋什么緣故。3);下面的函數(shù)有什么錯誤：intsquare(volatileint*ptr){return*ptr**ptr;}下面是答案：1)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因為程序不應(yīng)該試圖去修改它。2);是的。盡管這并不專門常見。一個例子是當(dāng)一個中服務(wù)子程序修該一個指向一個buffer的指針時。3)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，然而，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;}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。對那個問題有三種差不多的反應(yīng)1)不明白如何下手。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。從道德講：永久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(0x1<<3)staticinta;voidset_bit3(void){a|=BIT3;}voidclear_bit3(void){a&=~BIT3;}一些人喜愛為設(shè)置和清除值而定義一個掩碼同時定義一些講明常數(shù)，這也是能夠同意的。我希望看到幾個要點：講明常數(shù)、|=和&=~操作。訪問固定的內(nèi)存位置（Accessingfixedmemorylocations）10.嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常具有要求程序員去訪問某特定的內(nèi)存位置的特點。在某工程中，要求設(shè)置一絕對地址為0x67a9的整型變量的值為0xaa66。編譯器是一個純粹的ANSI編譯器。寫代碼去完成這一任務(wù)。這一問題測試你是否明白為了訪問一絕對地址把一個整型數(shù)強制轉(zhuǎn)換（typecast）為一指針是合法的。這一問題的實現(xiàn)方式隨著個人風(fēng)格不同而不同。典型的類似代碼如下：int*ptr;ptr=(int*)0x67a9;*ptr=0xaa55;Amoreobscureapproachis:一個較晦澀的方法是：*(int*const)(0x67a9)=0xaa55;即使你的品味更接近第二種方案，但我建議你在面試時使用第一種方案。中斷（Interrupts）11.中斷是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，這導(dǎo)致了專門多編譯開發(fā)商提供一種擴展—讓標(biāo)準(zhǔn)C支持中斷。具代表事實是，產(chǎn)生了一個新的關(guān)鍵字__interrupt。下面的代碼就使用了__interrupt關(guān)鍵字去定義了一個中斷服務(wù)子程序(ISR)，請評論一下這段代碼的。__interruptdoublecompute_area(doubleradius){doublearea=PI*radius*radius;printf("\nArea=%f",area);returnarea;}那個函數(shù)有太多的錯誤了，以至讓人不知從何講起了：1)ISR不能返回一個值。假如你不明白那個，那么你可不能被雇用的。2)ISR不能傳遞參數(shù)。假如你沒有看到這一點，你被雇用的機會等同第一項。3)在許多的處理器/編譯器中，浮點一般差不多上不可重入的。有些處理器/編譯器需要讓額處的寄存器入棧，有些處理器/編譯器確實是不同意在ISR中做浮點運算。此外，ISR應(yīng)該是短而有效率的，在ISR中做浮點運確實是不明智的。4)與第三點一脈相承，printf()經(jīng)常有重入和性能上的問題。假如你丟掉了第三和第四點，我可不能太為難你的。不用講，假如你能得到后兩點，那么你的被雇用前景越來越光明了。代碼例子（Codeexamples）12.下面的代碼輸出是什么，什么緣故？voidfoo(void){unsignedinta=6;intb=-20;(a+b>6)?puts(">6"):puts("<=6");}那個問題測試你是否明白得C語言中的整數(shù)自動轉(zhuǎn)換原則，我發(fā)覺有些開發(fā)者明白得極少這些東西。不管如何，這無符號整型問題的答案是輸出是">6"。緣故是當(dāng)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變成了一個特不大的正整數(shù)，因此該表達式計算出的結(jié)果大于6。這一點關(guān)于應(yīng)當(dāng)頻繁用到無符號數(shù)據(jù)類型的嵌入式系統(tǒng)來講是豐常重要的。假如你答錯了那個問題，你也就到了得不到這份工作的邊緣。13.評價下面的代碼片斷：unsignedintzero=0;unsignedintcompzero=0xFFFF;/*1'scomplementofzero*/關(guān)于一個int型不是16位的處理器為講，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)試者是否明白得處理器字長的重要性。在我的經(jīng)驗里，好的嵌入式程序員特不準(zhǔn)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幸免的苦惱。到了那個時期，應(yīng)試者或者完全垂頭喪氣了或者信心滿滿志在必得。假如顯然應(yīng)試者不是專門好，那么那個測試就在那個地點結(jié)束了。但假如顯然應(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，我想僅僅特不優(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(dāng)是那個娛樂吧...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)依舊有從堆（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？那個地點，我期望應(yīng)試者能提到內(nèi)存碎片，碎片收集的問題，變量的持行時刻等等。那個主題差不多在ESP雜志中被廣泛地討論過了（要緊是P.J.Plauger,他的解釋遠遠超過我那個地點能提到的任何解釋），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受后，我拿出這么一個小節(jié)目：下面的代碼片段的輸出是什么，什么緣故？char*ptr;if((ptr=(char*)malloc(0))==NULL)puts("Gotanullpointer");elseputs("Gotavalidpointer");這是一個有味的問題。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，我才想到那個問題。這確實是上面的代碼，該代碼的輸出是"Gotavalidpointer"。我用那個來開始討論如此的一問題，看看被面試者是否想到庫例程如此做是正確。得到正確的答案當(dāng)然重要，但解決問題的方法和你做決定的差