嵌入式系統(tǒng)C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)幻燈片

1、嵌入式系統(tǒng)C語(yǔ)言編程基礎(chǔ),楊高波,SNBC,P,目錄,關(guān)于本課程 C語(yǔ)言復(fù)習(xí) 編程規(guī)范 開發(fā)高效程序的技巧,P,為什么學(xué)習(xí)本課程,會(huì)C語(yǔ)法與會(huì)用C語(yǔ)言寫程序是兩個(gè)概念 C的靈活性以及由此而產(chǎn)生的陷阱非常多 The Most Beautiful Language and Most Dangerous Language in the Programming World! 本課程將嵌入式系統(tǒng)中最基本的（最經(jīng)常用到的）概念與技巧介紹給大家,P,小測(cè)驗(yàn)？,P,Quiz 1,所有嵌入式系統(tǒng)的主流程最后都進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，怎樣用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一個(gè)死循環(huán)？,P,Quiz 2,while().和do.while()有

2、什么區(qū)別？,P,Quiz 3,用變量a給出下列定義： 一個(gè)整型數(shù) 一個(gè)指向整型數(shù)的指針 一個(gè)有10個(gè)整型數(shù)的的數(shù)組 一個(gè)有10個(gè)指針的數(shù)組，該指針是指向一個(gè)整型數(shù)的,P,Quiz 4,關(guān)鍵字static的作用是什么？,P,Quiz 5,關(guān)鍵字const的作用是什么？,P,Quiz 6,定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)宏MIN ，這個(gè)宏輸入兩個(gè)參數(shù)并返回較小的一個(gè)。,P,Quiz 7,嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常要對(duì)變量或寄存器進(jìn)行位操作。給定一個(gè)int型變量a，寫兩段代碼，第一個(gè)將a的bit 3置為1，第二個(gè)將a的bit 3置為0。以上兩個(gè)操作中，要保持其它位不變。,P,Quiz 8,嵌入式系統(tǒng)具有經(jīng)常去直接訪問物理地址的特

3、點(diǎn)。在某工程中，要求設(shè)置一絕對(duì)地址為0 x5a00 的整型變量的值為0 xaa55。寫代碼去完成這一任務(wù)。,P,Quiz 9,下面這段代碼的輸出是什么？void foo(void)unsigned int a = 6;int b = -20;(a+b 6) ? puts(6) : puts(6);,P,Quiz 10,請(qǐng)?jiān)u論下面一段程序代碼：void test()char string10;char *str = “0123456789”;strcpy(string,str);,P,Quiz 11,請(qǐng)?jiān)u論下面一段程序代碼：void GetMemory(char *p)p = (char *)m

4、alloc(0 x20);void Test(void)char *str = NULL;GetMemory(str);strcpy(str,”Hello World!”);printf(str);,P,Quiz 12,中斷是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。請(qǐng)?jiān)u論下面一段中斷服務(wù)子程序代碼：_interrupt double compute_area (double radius)double area = PI * radius * radius;printf(nArea = %f, area);return area;,P,Answer!,P,Quiz 1 Answer,while(1).,P,

5、Quiz 2 Answer,while().為入口條件循環(huán)，即在每次執(zhí)行循環(huán)之前先檢查判斷條件；do.while()為退出條件循環(huán)，即在執(zhí)行循環(huán)之后再檢查判斷條件。,P,Quiz 3 Answer,a) int a;b) int *a;c) int a10;d) int *a10;,P,Quiz 4 Answer,在C 語(yǔ)言中，關(guān)鍵字static 有三個(gè)明顯的作用：1) 在函數(shù)體內(nèi)，一個(gè)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(gè)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(gè)本地的全局變量。3) 在模塊內(nèi)，一個(gè)被聲

6、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(gè)函數(shù)被限制在聲明它的模塊的本地范圍內(nèi)使用。,P,Quiz 5 Answer,const是constant的縮寫，“恒定不變”的意思。被const修飾的東西都受到強(qiáng)制保護(hù)，可以預(yù)防意外的變動(dòng)，能提高程序的健壯性。 const常量與#define常量：前者有數(shù)據(jù)類型，后者只是字符替換（而且可能產(chǎn)生意料不到的錯(cuò)誤），所以編譯器可以對(duì)前者進(jìn)行安全性檢查。,P,Quiz 6 Answer,#define MIN(A,B) (A) = (B) ? (A) : (B) #define宏的副作用，下面的代碼執(zhí)行后會(huì)發(fā)生什么事：least = MIN(*

7、p+, b);,P,Quiz 7 Answer,const int BIT3 = 0 x013;static int a;void SetBit3(void)a |= BIT3;void ClearBit3(void)a ,P,Quiz 8 Answer,int *ptTemp = (int *)0 x5a00;*ptTemp = 0 xaa55;,P,Quiz 9 Answer,輸出為“6”，原因是當(dāng)表達(dá)式中存在有符號(hào)類型和無(wú)符號(hào)類型時(shí)所有的操作數(shù)都自動(dòng)轉(zhuǎn)換為無(wú)符號(hào)類型。 因此-20 變成了一個(gè)非常大的正整數(shù)，所以該表達(dá)式計(jì)算出的結(jié)果大于6。這一點(diǎn)對(duì)于頻繁用到無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)類型的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是

8、豐常重要的。,P,Quiz 10 Answer,字符串str需要11個(gè)字節(jié)才能存放下（包括末尾的0），而string只有10個(gè)字節(jié)的空間，所以strcpy會(huì)導(dǎo)致數(shù)組越界。,P,Quiz 11 Answer,編譯器總是要為函數(shù)的每個(gè)參數(shù)制作臨時(shí)副本，指針參數(shù)p的副本是_p，編譯器使 _p = p。本例中，_p申請(qǐng)了新的內(nèi)存，但只是_p的值改變了，p的值卻絲毫未變，仍然為NULL。事實(shí)上，每執(zhí)行一次GetMemory就會(huì)泄漏一塊內(nèi)存。,P,Quiz 12 Answer,1）ISR不能返回值；2）不能向ISR傳遞參數(shù)；3）ISR應(yīng)該是短而有效率的，因而在ISR中做浮點(diǎn)運(yùn)算、使用printf等是不明智

9、的，會(huì)經(jīng)常有重入和性能上的問題。,P,還是先復(fù)習(xí)一下C吧！,P,C語(yǔ)言復(fù)習(xí),1）循環(huán)與分支2）作用域與存儲(chǔ)類3）內(nèi)存與指針4）位操作5）預(yù)編譯處理,P,循環(huán)與分支,1）幾種循環(huán)語(yǔ)句：for(initialize;test;update)body;while(test)body;dobody;while(test); 2）循環(huán)輔助手段：break語(yǔ)句用于跳出循環(huán)，continue語(yǔ)句用于結(jié)束本次循環(huán)。,P,循環(huán)與分支,3）三種形式的if語(yǔ)句：if(expression).if(expression).else.if(expression1).else if(expression).else.,P

10、,循環(huán)與分支,4）條件運(yùn)算符?: expression1 ? expression2 : expression3 如果expression1為真，整個(gè)表達(dá)式的值為expression2的值，否則為expression3的值； 是if.else.的簡(jiǎn)寫形式，但是編譯器可以產(chǎn)生比if.else.更優(yōu)化的代碼。,P,循環(huán)與分支,5）多重選擇：switchswitch(expression)case constant1: statements; break;case constant2: statements; break;.default: statements; break;switch判斷表達(dá)式

11、必須具有整數(shù)值，case標(biāo)簽必須是整數(shù)常量或整數(shù)常量表達(dá)式。,P,C語(yǔ)言復(fù)習(xí),1）循環(huán)與分支2）作用域與存儲(chǔ)類3）內(nèi)存與指針4）位操作5）預(yù)編譯處理,P,作用域與存儲(chǔ)類,1）作用域 代碼塊作用域（局部變量）代碼塊：包含在開始花括號(hào)和對(duì)應(yīng)結(jié)束花括號(hào)之內(nèi)的一段代碼。作用域：從定義變量位置到該代碼塊的末尾。 文件作用域（全局變量）在所有函數(shù)之外定義的變量具有文件作用域。作用域：從定義變量位置到包含該定義的文件的結(jié)尾處。在其它位置使用該變量應(yīng)用extern來(lái)聲明該變量。,P,作用域與存儲(chǔ)類,2）存儲(chǔ)時(shí)期 靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)期：程序運(yùn)行期間一直存在，給變量分配固定的存儲(chǔ)空間；所有全局變量具有靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)期（具有靜

12、態(tài)存儲(chǔ)時(shí)期的并不都是全局變量），但是修飾全局變量的關(guān)鍵詞static表明的是鏈接類型，并非存儲(chǔ)時(shí)期。 動(dòng)態(tài)（自動(dòng)）存儲(chǔ)時(shí)期：運(yùn)行期間根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)的給變量分配存儲(chǔ)空間。,P,作用域與存儲(chǔ)類,3）5種存儲(chǔ)類,P,C語(yǔ)言復(fù)習(xí),1）循環(huán)與分支2）作用域與存儲(chǔ)類3）內(nèi)存與指針4）位操作5）預(yù)編譯處理,P,內(nèi)存與指針,1）內(nèi)存分配方式 從靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分配。內(nèi)存在程序編譯的時(shí)候就已經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在。例如全局變量，static變量； 從棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高

13、，但是分配的內(nèi)存容量有限； 動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時(shí)候由程序員自己負(fù)責(zé)申請(qǐng)和釋放內(nèi)存。,P,內(nèi)存與指針,2）內(nèi)存陷阱 C語(yǔ)言的靈活性，指針的應(yīng)用，以及C語(yǔ)法的寬容性很容易造成代碼的錯(cuò)誤，這其中最主要的就是內(nèi)存單元的溢出。a) 堆棧溢出b) 數(shù)組越界. 將錯(cuò)誤鎖定在一個(gè)函數(shù)中以后，首先應(yīng)該關(guān)注內(nèi)存的問題。,P,內(nèi)存與指針,舉例，看看下面這段代碼有什么問題char *DoSomething()char i32*1024;.return i;,兩個(gè)重大問題：1、臨時(shí)變量在堆棧上創(chuàng)建，太大的臨時(shí)變量數(shù)組會(huì)沖掉堆棧；2、返回堆棧中的地址是沒有意義的，因?yàn)槎褩Ｖ械膬?nèi)容永遠(yuǎn)是不確定的。,P,內(nèi)存與指針,

14、數(shù)組越界的危險(xiǎn) 臨時(shí)數(shù)組：在棧上創(chuàng)建，因此臨時(shí)數(shù)組越界有可能導(dǎo)致某些局部變量莫明其妙被改，函數(shù)返回時(shí)崩潰等等； 全局?jǐn)?shù)組：在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)創(chuàng)建，因此全局?jǐn)?shù)據(jù)越界有可能導(dǎo)致某些全局變量莫明其妙被改，被沖的動(dòng)態(tài)內(nèi)存無(wú)法釋放等等。,P,內(nèi)存與指針,3）指針 指針是什么？指針是一個(gè)變量，它的值是另外一個(gè)變量的地址。 指針的類型指針?biāo)赶虻淖兞康念愋?，就是指針的類型。舉例，右邊的運(yùn)算有何不同：int X2, *pX=,P,內(nèi)存與指針,指針的三要素 1、指針指向的地址；2、指針指向地址上的內(nèi)容；3、指針本身的地址； 舉例：int A, *pA, *ppA;pA = ,P,內(nèi)存與指針,指針的大?。ㄖ羔樧兞空加玫?/p>

15、內(nèi)存空間） 舉例，以下為ARM平臺(tái)下的一段32位C程序，請(qǐng)計(jì)算sizeof的值。char str = “Hello”;char *p = str;int n = 10;sizeof(str) = ?sizeof(p) = ?sizeof(n) = ?,sizeof(str) = 6sizeof(p) = 4sizeof(n) = 4,P,內(nèi)存與指針,指針的初始化 指針變量在沒有被初始化之前，它的值是隨機(jī)的；一個(gè)指向不明的指針是非常危險(xiǎn)的。 當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)指針時(shí)，系統(tǒng)只分配了用來(lái)存儲(chǔ)指針本身的內(nèi)存空間，并不分配用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間。使用指針之前，必須給它賦予一個(gè)已分配的內(nèi)存地址。,P,內(nèi)存與指針,

16、指針與數(shù)組舉例，下列操作是否合法：int a4,*p;p = a;*(a+2) = 0 x00;p2 = 0 x01;,/等價(jià)于p=/錯(cuò)誤a+;/錯(cuò)誤,P,內(nèi)存與指針,指針與數(shù)組什么時(shí)候是相同的舉例，以下為ARM平臺(tái)下的一段32位C程序，請(qǐng)計(jì)算sizeof的值。void Func(char a100)sizeof(a) = ?,sizeof(a) = 4,(1)數(shù)組名作為函數(shù)形參時(shí)，在函數(shù)體內(nèi)，其失去了本身的內(nèi)涵，僅僅只是一個(gè)指針；(2)很遺憾，在失去其內(nèi)涵的同時(shí)，它還失去了其常量特性，可以作自增、自減等操作，可以被修改。,P,內(nèi)存與指針,數(shù)組與指針運(yùn)用規(guī)則,數(shù)組,聲明,使用,定義，如char

17、 a10不能寫成指針的形式,extern，如extern char a不能寫成指針的形式,func(char a);或func(char *a)函數(shù)參數(shù)可以寫成指針的形式,c = ai;或c = *(a+i);可以寫成指針的形式,P,C語(yǔ)言復(fù)習(xí),1）循環(huán)與分支2）作用域與存儲(chǔ)類3）內(nèi)存與指針4）位操作5）預(yù)編譯處理,P,位操作,1）位操作的用途 硬件寄存器控制； 壓縮和加密操作； 提高程序運(yùn)行效率； .,因?yàn)槲皇浅绦蚩梢圆僮鞯淖钚?shù)據(jù)單位，所以理論上可以用“位操作”完成所有的運(yùn)算與操作。,P,位操作,2）位運(yùn)算符 位邏輯運(yùn)算符或flag |= MASK; 關(guān)閉位： flag = flag ,P

18、,位操作,5）用法：查看某一位的值 錯(cuò)誤用法：if(flag = MASK) 正確用法：if(flag/00000111 unsigned char i; i = ch 2;,左移,右移,P,C語(yǔ)言復(fù)習(xí),1）循環(huán)與分支2）作用域與存儲(chǔ)類3）內(nèi)存與指針4）位操作5）預(yù)編譯處理,P,預(yù)編譯處理,C編譯系統(tǒng)在對(duì)程序進(jìn)行編譯之前，先進(jìn)行預(yù)處理。C提供的預(yù)處理功能主要有以下三種： 宏定義 文件包含 條件編譯,P,預(yù)編譯處理,1）宏定義 類對(duì)象宏例：#define STX 0 x02 類函數(shù)宏例：#define SQUARE(x) (x)*(x) 幾點(diǎn)說(shuō)明：a.宏定義不是C語(yǔ)句，不在行末加分號(hào)；b.宏名有

19、效范圍為從定義處到本源文件結(jié)束；c.在宏定義時(shí)，可以引用已經(jīng)定義的宏名；d.宏替換不占運(yùn)行時(shí)間，只占編譯時(shí)間；,P,預(yù)編譯處理,2）文件包含：#include 預(yù)處理器發(fā)現(xiàn)#include后，就會(huì)尋找后跟的這個(gè)文件并把這個(gè)文件的內(nèi)容復(fù)制到當(dāng)前位置替換#include指令； 使用#include指令的一些例子：,P,預(yù)編譯處理,3）條件編譯 條件編譯指不對(duì)整個(gè)程序編譯，而是編譯滿足條件的那部分。條件編譯有以下幾種形式：a. #ifdef 標(biāo)識(shí)符 程序段1； #else 程序段2； #endif它的作用：當(dāng)標(biāo)識(shí)符在前面已經(jīng)定義過，則對(duì)程序段1進(jìn)行編譯，否則對(duì)程序段2進(jìn)行編譯。,P,預(yù)編譯處理,b.

20、 #ifndef 標(biāo)識(shí)符程序段1；#else程序段2；#endif它的作用和#ifdef相反，當(dāng)標(biāo)識(shí)符之前沒被定義過，則對(duì)程序段1進(jìn)行編譯，否則就對(duì)程序段2進(jìn)行編譯。,P,預(yù)編譯處理,c. #if 表達(dá)式程序段1；#else程序段2；#endif它的作用：當(dāng)表達(dá)式的值為真時(shí)，對(duì)程序段1進(jìn)行編譯，都則就對(duì)程序段2進(jìn)行編譯；,P,預(yù)編譯處理,舉例，下面是某工程中.h文件中的一段程序，請(qǐng)說(shuō)明#ifndef/#define/#endif結(jié)構(gòu)的作用。#ifndefDEF_H#defineDEF_H#include #include“graphics.h”.#endif,防止頭文件被重復(fù)引用,P,編程規(guī)范

21、,P,編程規(guī)范,1）規(guī)范的作用 改善代碼質(zhì)量 提高開發(fā)速度 增進(jìn)團(tuán)隊(duì)精神 養(yǎng)成良好習(xí)慣,P,編程規(guī)范,2）編程規(guī)范 養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣,P,開發(fā)高效程序的技巧,P,開發(fā)高效程序的技巧,1）ARM編程中局部變量的使用 舉例，請(qǐng)看一面一段程序：int checksum(int *data) char i; . for(i=0;i64;i+).; .,.ADDr1,r1,#1ANDr1,r1,#0 xFFCMPr1,#0 x40.,P,開發(fā)高效程序的技巧,把上面的程序段將i聲明為unsigned int類型，比較一下：,.ADDr1,r1,#1CMPr1,#0 x40.,ARM編程中局部變量類型的使

22、用：char或short類型并不比int類型占用更小的寄存器空間或者堆?？臻g，應(yīng)盡量不要使用char或short作為局部變量，以防止做不必要的轉(zhuǎn)換；除非要使用char或short的溢出歸零特性，如255+1=0。,P,開發(fā)高效程序的技巧,2）ARM編程中函數(shù)參數(shù)的傳遞 4寄存器原則（four-register rule）：ARM-Thumb過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)（ATPCS）定義了R0-R3四個(gè)寄存器作為參數(shù)傳遞和結(jié)果返回寄存器，如果參數(shù)超過4個(gè)，則使用堆棧進(jìn)行傳遞（額外的指令和慢速的存儲(chǔ)器操作）。因?yàn)閮?nèi)部寄存器的訪問速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于存儲(chǔ)器，所以我們應(yīng)盡量把函數(shù)的參數(shù)控制在4個(gè)以下。,P,開發(fā)高效程序的技

23、巧,r3r2r1r0,sp+8sp+4sp,圖： ATPCS參數(shù)傳遞,P,開發(fā)高效程序的技巧,3）結(jié)構(gòu)體安排 舉例，對(duì)下面兩個(gè)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行比較struct A char a; int b; char c; short d;struct B char a; char c; short d; int b;,P,開發(fā)高效程序的技巧,4）C語(yǔ)言中的封裝思想 舉例，給出這樣一個(gè)人機(jī)界面：,打印速度 100 ,液晶顯示屏,按鍵,要求：以中間的按鍵切換液晶顯示菜單，左右兩個(gè)按鍵對(duì)當(dāng)前項(xiàng)的值進(jìn)行增減操作。,P,開發(fā)高效程序的技巧,我曾經(jīng)這樣做：void onLeftKey() switch(currentFocus) case MENU1: menu1onLeft(); break; case MENU2: menu2onLeft(); break; . ,void onMidKey() currentFocus+; switch(currentFocus) case MENU1: MenuText =