STM32（三）C语言基础复习

一、位操作

    运算符  含义  运算符  含义

       &   按位与    ~    取反

       |   按位或    <<   左移

       ^  按位异或   >>   右移

1) 不改变其他位的值的状况下，对某几个位进行设值。
        这个场景单片机开发中经常使用，方法就是先对需要设置的位用&操作符进行清零操作，然后用|操作符设值。比如我要改变 GPIOA 的状态,可以先对寄存器的值进行&清零操作：GPIOA->CRL&=0XFFFFFF0F; //将第 4-7 位清 0    
        然后再与需要设置的值进行|或运算：GPIOA->CRL|=0X00000040;  //设置相应位的值，不改变其他位的值
2) 移位操作提高代码的可读性。
        移位操作在单片机开发中也非常重要，下面让我们看看固件库的 GPIO 初始化的函数里面的一行代码：    
        GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);
        这个操作就是将 BSRR 寄存器的第 pinpos 位设置为 1，为什么要通过左移而不是直接设置一个固定的值呢？其实，这是为了提高代码的可读性以及可重用性。这行代码可以很直观明了的知道，是将第 pinpos 位设置为 1。
3) ~取反操作使用技巧
        SR 寄存器的每一位都代表一个状态，某个时刻我们希望去设置某一位的值为 0，同时其他位都保留为 1，简单的作法是直接给寄存器设置一个值：TIMx->SR=0xFFF7；
       这样的作法设置第 3 位为 0，但是这样的作法同样不好看，并且可读性很差。看看库函数代码中怎样使用的：
       TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG;
       而 TIM_FLAG 是通过宏定义定义的值：
        #define TIM_FLAG_Update ((uint16_t)0x0001)
        #define TIM_FLAG_CC1 ((uint16_t)0x0002)
看这个应该很容易明白，可以直接从宏定义中看出 TIM_FLAG_Update 就是设置的第 0位了，

二、define  宏定义

    define 是 C 语言中的预处理命令，它用于宏定义，可以提高源代码的可读性，为编程提供方便。常见的格式：
        #define 标识符 字符串
    “标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。例如：
        #define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000

三、 ifdef  条件编译

       单片机程序开发过程中，经常会遇到一种情况，当满足某条件时对一组语句进行编译，而当条件不满足时则编译另一组语句。条件编译命令最常见的形式为：
        #ifdef 标识符
        程序段 1
        #else
        程序段 2
        #endif
       它的作用是：当标识符已经被定义过(一般是用#define 命令定义)，则对程序段 1 进行编译，否则编译程序段 2。 其中#else 部分也可以没有，即：
        #ifdef
        程序段 1
        #endif
    这个条件编译在MDK里面是用得很多的，在stm32f10x.h这个头文件中经常会看到这样的语句：
        #ifdef STM32F10X_HD
        大容量芯片需要的一些变量定义
        #end

四、 extern 变量申明

        C 语言中 extern 可以置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。 这里面要注意，对于 extern 申明变量可以多次，但定义只有一次。在我们的代码中你会看到看到这样的语句：
        extern u16 USART_RX_STA;
        这个语句是申明 USART_RX_STA 变量在其他文件中已经定义了，在这里要使用到。所以，你肯定可以找到在某个地方有变量定义的语句：
        u16 USART_RX_STA;
    下面通过一个例子说明一下使用方法。
    在 Main.c 定义的全局变量 id，id 的初始化都是在 Main.c 里面进行的。
        Main.c 文件
        u8 id;//定义只允许一次
        main()
        {
            id=1;
            printf("d%",id);//id=1
            test();
            printf("d%",id);//id=2
        }    
    但是我们希望在test.c的 changeId(void)函数中使用变量id,这个时候我们就需要在test.c里面去申明变量 id 是外部定义的了，因为如果不申明，变量 id 的作用域是到不了 test.c 文件中。看下面 test.c 中的代码：
        extern u8 id;//申明变量 id 是在外部定义的，申明可以在很多个文件中进行
        void test(void){
        id=2;
        }

五、 typedef 类型别名

    typedef 用于为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，用来简化变量的定义。
    typedef 在 MDK 用得最多的就是定义结构体的类型别名和枚举类型了。
        struct _GPIO
        {
            __IO uint32_t CRL;
            __IO uint32_t CRH;
            …
        };
    定义了一个结构体 GPIO，这样我们定义变量的方式为：
        struct _GPIO GPIOA;//定义结构体变量 GPIOA
    但是这样很繁琐，MDK 中有很多这样的结构体变量需要定义。这里我们可以为结体定义一个别名 GPIO_TypeDef，这样我们就可以在其他地方通过别名 GPIO_TypeDef 来定义结构体变量了。
    方法如下：
        typedef struct
        {
            __IO uint32_t CRL;
            __IO uint32_t CRH;
            …
        } GPIO_TypeDef;
    Typedef 为结构体定义一个别名 GPIO_TypeDef，这样我们可以通过 GPIO_TypeDef 来定义结构体变量：
        GPIO_TypeDef _GPIOA,_GPIOB;

六、  结构体

    声明结构体类型：
        Struct 结构体名{
        成员列表;
        }变量名列表；
    例如：
        Struct U_TYPE {
        Int BaudRate
        Int WordLength;
        }usart1,usart2;
    在结构体申明的时候可以定义变量，也可以申明之后定义，方法是：
        Struct 结构体名字 结构体变量列表 ;
    例如：struct U_TYPE usart1,usart2;
    结构体成员变量的引用方法是：
        结构体变量名字.成员名
    比如要引用 usart1 的成员 BaudRate，方法是：usart1.BaudRate;
    结构体指针变量定义也是一样的，跟其他变量没有啥区别。例如：
        struct U_TYPE *usart3；//定义结构体指针变量 usart1;
    结构体指针成员变量引用方法是通过“->”符号实现，比如要访问 usart3 结构体指针指向的结构体的成员变量 BaudRate,方法是：
        Usart3->BaudRate;
    上面讲解了结构体和结构体指针的一些知识，其他的什么初始化这里就不多讲解了。讲到这里，有人会问，结构体到底有什么作用呢？为什么要使用结构体呢？下面我们将简单的通过一个实例回答一下这个问题。
    在我们单片机程序开发过程中，经常会遇到要初始化一个外设比如串口，它的初始化状态是由几个属性来决定的，比如串口号，波特率，极性，以及模式。对于这种情况，在我们没有学习结构体的时候，我们一般的方法是：
        void USART_Init(u8 usartx,u32 u32 BaudRate,u8 parity,u8 mode);
    这种方式是有效的同时在一定场合是可取的。但是试想，如果有一天，我们希望往这个函数里面再传入一个参数，那么势必我们需要修改这个函数的定义，重新加入字长这个入口参数。于是我们的定义被修改为：
        void USART_Init (u8 usartx,u32 BaudRate, u8 parity,u8 mode,u8 wordlength );
    但是如果我们这个函数的入口参数是随着开发不断的增多，那么是不是我们就要不断的修改函数的定义呢？这是不是给我们开发带来很多的麻烦？那又怎样解决这种情况呢？这样如果我们使用到结构体就能解决这个问题了。我们可以在不改变入口参数的情况下，只需要改变结构体的成员变量，就可以达到上面改变入口参数的目的。结构体就是将多个变量组合为一个有机的整体。上面的函数，BaudRate,wordlength,Parity,mode,wordlength 这些参数，他们对于串口而言，是一个有机整体，都是来设置串口参数的，所以我们可以将他们通过定义一个结构体来组合在一个。MDK 中是这样定义的：
    typedef struct
    {
        uint32_t USART_BaudRate;
        uint16_t USART_WordLength;
        uint16_t USART_StopBits;
        uint16_t USART_Parity;
        uint16_t USART_Mode;
        uint16_t USART_HardwareFlowControl;
    } USART_InitTypeDef;
    于是，我们在初始化串口的时候入口参数就可以是 USART_InitTypeDef 类型的变量或者指针变量了，MDK 中是这样做的：
        void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);

    这样，任何时候，我们只需要修改结构体成员变量，往结构体中间加入新的成员变量，而不需要修改函数定义就可以达到修改入口参数同样的目的了。这样的好处是不用修改任何函数定义就可以达到增加变量的目的。理解了结构体在这个例子中间的作用吗？在以后的开发过程中，如果你的变量定义过多，如果某几个变量是用来描述某一个对象，你可以考虑将这些变量定义在结构体中，这样也许可以提高你的代码的可读性。

七、static关键字

    函数分为内部函数和外部函数。当一个源程序由多个源文件组成时，C语言根据函数能否被其它源文件中的函数调用，将函数分为内部函数和外部函数。

    内部函数（又称静态函数）
    如果在一个源文件中定义的函数，只能被本文件中的函数调用，而不能被同一程序其它文件中的函数调用，这种函数称为内部函数。
    定义一个内部函数，只需在函数类型前再加一个“static”关键字即可，如下所示：
        static 函数类型 函数名（函数参数表）{……}
    关键字“static”，译成中文就是“静态的”，所以内部函数又称静态函数。但此处“static”的含义不是指存储方式，而是指对函数的作用域仅局限于本文件。
    使用内部函数的好处是：不同的人编写不同的函数时，不用担心自己定义的函数，是否会与其它文件中的函数同名，因为同名也没有关系。
    外部函数
    外部函数的定义：在定义函数时，如果没有加关键字“static”，或冠以关键字“extern”，表示此函数是外部函数：
        [extern] 函数类型 函数名（函数参数表）{……}
    调用外部函数时，需要对其进行说明：
        [extern] 函数类型 函数名（参数类型表）[，函数名2（参数类型表2）……]；
        [案例]外部函数应用。
        ⑴文件mainf.c
        main()
        {
            extern void input（…），process（…），output（…）；
            input（…）；
            process（…）；
            output（…）；
        }
        ⑵文件subf1.c
        ……extern void input（……） /*定义外部函数*/{……}
        ⑶文件subf2.c
        ……extern void process（……） /*定义外部 函数*/{……}
        ⑷文件subf3.c
        ……extern void output（……） /*定义外部函数*/{……}
    static的作用
    在C语言中，static的字面意思很容易把我们导入歧途，其实它的作用有三条。
    （1）先来介绍它的第一条也是最重要的一条：隐藏。
    当我们同时编译多个文件时，所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性。为理解这句话，我举例来说明。我们要同时编译两个源文件，一个是a.c，另一个是main.c。
    下面是a.c的内容
        char a = 'A'; // global variable
        void msg() {
        printf("Hello\n");
        }
    下面是main.c的内容    

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int main(void) { extern char a; // extern variable must be declared before use printf("%c ", a); (void)msg(); return 0; }

    程序的运行结果是：
        A Hello
    你可能会问：为什么在a.c中定义的全局变量a和函数msg能在main.c中使用？前面说过，所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性，其它的源文件也能访问。此例中，a是全局变量，msg是函数，并且都没有加static前缀，因此对于另外的源文件main.c是可见的。
    如果加了static，就会对其它源文件隐藏。例如在a和msg的定义前加上static，main.c就看不到它们了。利用这一特性可以在不同的文件中定义同名函数和同名变量，而不必担心命名冲突。Static可以用作函数和变量的前缀，对于函数来讲，static的作用仅限于隐藏，而对于变量，static还有下面两个作用。
    （2）static的第二个作用是保持变量内容的持久。存储在静态数据区的变量会在程序刚开始运行时就完成初始化，也是唯一的一次初始化。共有两种变量存储在静态存储区：全局变量和static变量，只不过和全局变量比起来，static可以控制变量的可见范围，说到底static还是用来隐藏的。虽然这种用法不常见，但我还是举一个例子。

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#include  int fun(void) { static int count = 10; // 此语句只在函数第一次调用时执行，后续函数调用此变量的初始值为上次调用后的值，每次调用后存储空间不释放 return count--; }， int count = 1; int main(void) { printf("global\t\tlocal static\n"); for(; count <= 10; ++count) printf("%d\t\t%d\n", count, fun()); return 0; }

    程序的运行结果是：
    global local static
        1 10
        2 9
        3 8
        4 7
        5 6
        6 5
        7 4
        8 3
        9 2
        10 1
    （3）static的第三个作用是默认初始化为0。其实全局变量也具备这一属性，因为全局变量也存储在静态数据区。在静态数据区，内存中所有的字节默认值都是0x00，某些时候这一特点可以减少程序员的工作量。比如初始化一个稀疏矩阵，我们可以一个一个地把所有元素都置0，然后把不是0的几个元素赋值。如果定义成静态的，就省去了一开始置0的操作。再比如要把一个字符数组当字符串来用，但又觉得每次在字符数组末尾加’\0’太麻烦。如果把字符串定义成静态的，就省去了这个麻烦，因为那里本来就是’\0’。不妨做个小实验验证一下。

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#include  int a;int main(void) { int i; static char str[10]; printf("integer: %d; string: (begin)%s(end)", a, str); return 0; }

    程序的运行结果如下
        integer: 0; string: (begin)(end)
    最后对static的三条作用做一句话总结。首先static的最主要功能是隐藏，其次因为static变量存放在静态存储区，所以它具备持久性和默认值0。