嵌入式编程中关于const,static,extern,volatile的用法

一.const的用法：
为什么使用const？
采用符号常量写出的代码更容易维护；指针常常是边读边移动，而不是边写边移动；许多函数参数是只读不写的。const最常见用途是作为数组的界和switch分情况标号（也可以用枚举符代替）

用法1：常量
   取代了C中的宏定义，声明时必须进行初始化。const限制了常量的使用方式，并没有描述常量应该如何分配。如果编译器知道了某const的所有使用，它甚至可以不为该const分配空间。最简单的常见情况就是常量的值在编译时已知，而且不需要分配存储。―《C++ Program Language》
   用const声明的变量虽然增加了分配空间，但是可以保证类型安全。C标准中，const定义的常量是全局的，C++中视声明位置而定。

用法2：指针和常量
   使用指针时涉及到两个对象：该指针本身和被它所指的对象。将一个指针的声明用const“预先固定”将使那个对象而不是使这个指针成为常量。要将指针本身而不是被指对象声明为常量，必须使用声明运算符*const。所以出现在 * 之前的const是作为基础类型的一部分：
char *const cp; //到char的const指针

（后两个声明是等同的）

char const *pc1; //到const char的指针
const char *pc2; //到const char的指针
从右向左读的记忆方式：
cp is a const pointer to char.
pc2 is a pointer to const char.

用法3：const修饰函数传入参数

    将函数传入参数声明为const，以指明使用这种参数仅仅是为了效率的原因，而不是想让调用函数能够修改对象的值。同理，将指针参数声明为const，函数将不修改由这个参数所指的对象。
    通常修饰指针参数和引用参数：
void Fun(const A *in); //修饰指针型传入参数
void Fun(const A &in); //修饰引用型传入参数

//注意引用的概念，我得C学得不够好！

用法4：修饰函数返回值

   可以阻止用户修改返回值。返回值也要相应的付给一个常量或常指针。



用法5：const修饰成员函数

//这个地方也理解不好啊！

const对象只能访问const成员函数，而非const对象可以访问任意的成员函数，包括const成员函数；
const对象的成员是不能修改的，而通过指针维护的对象确实可以修改的；
const成员函数不可以修改对象的数据，不管对象是否具有const性质。编译时以是否修改成员数据为依据进行检查。


      2.static的用法：

全局静态变量怎么用？？

所谓的全局静态变量只在当前程序中有效。比如在a.c中定义了
static int i;
则只有a.c中的函数可以访问i，其它程序模块的无法直接访问这个变量，但可以通过a.c中所定义的函数间接访问。比如在a.c中定义两个函数：
int get_i()
{
return i;
};

int set_i( int n )
{
i=n;
}

以此获得及重新设置i的值。这在c环境下是一种较好的模拟C++风格的实现方法。因为你可以将a.c看作一个类，i看作a的成员，而get_i()和set_i()则看作这个类的成员函数。
静态变量作用范围在一个文件内，程序开始时分配空间，结束时释放空间，默认初始化为0，使用时可以改变其值。
静态变量或静态函数只有本文件内的代码才能访问它，它的名字在其它文件中不可见。
用法1：函数内部声明的static变量，可作为对象间的一种通信机制
如果一局部变量被声明为static，那么将只有唯一的一个静态分配的对象，它被用于在该函数的所有调用中表示这个变量。这个对象将只在执行线程第一次到达它的定义使初始化。
用法2：局部静态对象
对于局部静态对象，构造函数是在控制线程第一次通过该对象的定义时调用。在程序结束时，局部静态对象的析构函数将按照他们被构造的相反顺序逐一调用，没有规定确切时间。
用法3：静态成员和静态成员函数
如果一个变量是类的一部分，但却不是该类的各个对象的一部分，它就被成为是一个static静态成员。一个static成员只有唯一的一份副本，而不像常规的非static成员那样在每个对象里各有一份副本。同理，一个需要访问类成员，而不需要针对特定对象去调用的函数，也被称为一个static成员函数。
类的静态成员函数只能访问类的静态成员（变量或函数）。

        3.extern的用法：
extern可以声明其他文件内定义的变量。在一个程序里，一个对象只能定义一次，它可以有多个声明，但类型必须完全一样。如果定义在全局作用域或者名字空间作用域里某一个变量没有初始化，它会被按照默认方式初始化。
将变量或函数声明成外部链接，即该变量或函数名在其它函数中可见。被其修饰的变量（外部变量）是静态分配空间的，即程序开始时分配，结束时释放。
在C++中，还可以指定使用另一语言链接，需要与特定的转换符一起使用。
extern “C” 声明语句
extern “C” { 声明语句块 }

        4.volatile的用法：
     类型修正符（type-modifier），限定一个对象可被外部进程（操作系统、硬件或并发进程等）改变。volatile与变量连用，可以让变量被不同的线程访问和修改。声明时语法：int volatile vInt;

    除了基本类型外，对用户定义类型也可以用volatile类型进行修饰。
注意：可以把一个非volatile int赋给volatile int，但是不能把非volatile对象赋给一个volatile对象。
一个有volatile标识符的类只能访问它接口的子集，一个由类的实现者控制的子集。用户只能用const_cast来获得对类型接口的完全访问。此外，volatile向const一样会从类传递到它的成员。

       volatile的本意是“易变的”

       由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如：

bit bFlag="0";

int main(void)
{
...
while (1)
{
if (bFlag) dosomething();
}
}

/* 中断程序*/
void ISR(void)
{
bFlag=1;
}

程序的本意是希望ISR中断产生时，在main当中调用dosomething函数，但是，由于编译器判
断在main函数里面没有修改过bFlag，因此
可能只执行一次对从bFlag到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面
的“bFlag副本”，导致dosomething永远也不会被调用。如果将将变量加上volatile修饰，
则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中bFlag也应该如此说
明。

        volatile是一个限定符，也称为keyword或描述符，"volatile 关键字指示字段可由操作系统、硬件或并发执行的线程在程序中进行修改。"

当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。

一般说来，volatile用在如下的几个地方：

1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；

2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；

3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义；

声明方式为　　volatile declaration

备注
系统总是在 volatile 对象被请求的那一刻读取其当前值，即使上一条指令从同一对象请求值。而且，该对象的值在赋值时立即写入。

volatile 修饰符通常用于由多个线程访问而不使用 lock 语句来序列化访问的字段。使用 volatile 修饰符能够确保一个线程检索由另一线程写入的最新值。

      另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实现，2中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。

     volatile 的含义
     volatile总是与优化有关，编译器有一种技术叫做数据流分析，分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效，分析结果可以用于常量合并，常量传播等优化，进一步可以死代码消除。但有时这些优化不是程序所需要的，这时可以用volatile关键字禁止做这些优化，volatile的字面含义是易变的，它有下面的作用：

     1 不会在两个***作之间把volatile变量缓存在寄存器中。在多任务、中断、甚至setjmp环境下，变量可能被其他的程序改变，编译器 自己无法知道，volatile就是告诉编译器这种情况。

     2 不做常量合并、常量传播等优化，所以像下面的代码：
        volatile int i = 1;
        if (i > 0) ...

        if的条件不会当作无条件真。

     3 对volatile变量的读写不会被优化掉。如果你对一个变量赋值但后面没用到，编译器常常可以省略那个赋值***作，然而对Memory Mapped IO的处理是不能这样优化的。

     一个网友说：volatile的意思是什么？
很多时候，全局变量不一定是全局的，在多线程环境下可能产生微妙的错误，很有可能编译器为了优化，而把一个全局变量放入寄存器里。volatile修饰符就是明确告诉编译器，你他妈不准把这个变量优化到寄存器上，只能放内存里。

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const应用:
一、对于基本声明
    const int r=100;//标准const变量声明加初始化，编译器经过类型检查后直接用100在编译时替换。
二、对于指针
    1. int x=10; const int *r=&x; //指针指向的内容是常量,r指向的内容不能够通过r改变,但如果是非const,内容可以通过自己改变,而且r指针可以改变,可以指向其它的整形.

    //*r=*r+1;NO //x++;YES //r=&y;YES
    2. int const *r=&x; 与1完全相同
    3. int * const r=&x; //指针指向是常量,不能修改去指向其它内容,但指向的内容可以修改
     //r=&y;NO //*r=*r+1;YES //x++;YES
    4.const int * const r=&x; //综合1、3用法，r是一个指向常量的常量型指针,指针指向不能改变,指针内容不能改变,内容可以自身改变

    //r=&y;NO //*r=*r+1;NO //x++;YES

三、对于类型检查
    可以把非const对象赋予const指针,这样就不能改变.但是不能把const赋给非const,除非先强制转换
const int x=100; int *p=(int*)&x; *p++;
四、对于函数
    1.void Fuction1(const int r); //此处为参数传递const值，意义是变量初值不能被函数改变
    2.const int Fuction1 (int); //此处返回const值，意思指返回的原函数里的变量的初值不能被修改，但是函数按值返回的这个变量被制成副本，能不能被修改就没有了意义，它可以被赋给任何的const或非const类型变量，完全不需要加上这个const关键字。
    3.Class CX; //内部有构造函数，声明如CX(int r =0)
      CX Fuction1 () { return CX(); }
      const CX Fuction2 () { return CX(); }
      Fuction1() = CX(1); //没有问题，可以作为左值调用
      Fuction2() = CX(1); //编译错误，const返回值禁止作为左值调用。
    4.函数中指针的const传递和返回：
    int F1 (const char *pstr); //作为传递的时候使用const修饰可以保证不会通过这个指针来修改传递参数的初值
    const char *F2();//意义是函数返回的指针指向的对象是一个const对象，它必须赋给一个同样是指向const对象的指针
    const char * const F3(); //比上面多了一个const，这个const的意义只是在他被用作左值时有效，它表明了这个指针除了指向const对象外，它本身也不能被修改，所以就不能当作左值来处理。

五、对于类
    1.首先，对于const的成员变量，只能在构造函数里使用初始化成员列表来初始化，试图在构造函数体内进行初始化const成员变量会引起编译错误。初始化成员列表形如：
   X:: X ( int ir ): r(ir) {} //假设r是类X的const成员变量
      注意：类的构造和析构函数都不能是const函数。
    2.建立了一个const成员函数，但仍然想用这个函数改变对象内部的数据。(函数不能修改类的数据成员)
//假如有一个叫做X的类，它有一个int成员变量r，我们需要通过一个const成员函数f( )来对这个r进行++r操作，代码如下
void X::f( ) const
{ (const_cast(this)) -> ++r; } //通过this指针进行类型强制转换实现

--------------------------------STATIC--------------------------------
对于一个完整的程序,内存中的分布情况:
      ==========
      |      代码区    |
      ------------------
      | 全局数据区 |
      ------------------
      |       堆区       |
      -----------------
      |        栈区      |
      ==========
    一般程序的由new产生的动态数据存放在堆区，函数内部的自动变量存放在栈区,全局变量和static变量放在全局数据区

static的作用主要有以下3个：
    1、扩展生存期；
    2、限制作用域；
    3、唯一性

STATIC:

一、面向过程设计中的static
    1、[静态全局变量] //在全局变量前，加上关键字static，该变量就被定义成为一个静态全局变量。

     静态全局变量有以下特点：
        1)该变量在全局数据区分配内存；
        2)未经初始化的静态全局变量会被程序自动初始化为0（自动变量的值是随机的，除非它被显式初始化）；
        3)静态全局变量在声明它的整个文件都是可见的，而在文件之外(extern)是不可见的；　
定义全局变量就可以实现变量在文件中的共享，但定义静态全局变量还有以下好处：
       1)静态全局变量不能被其它文件所用；
       2)其它文件中可以定义相同名字的变量，不会发生冲突；

    2、[静态局部变量] 在局部变量前，加上关键字static，该变量就被定义成为一个静态局部变量。

    通常，在函数体内定义了一个变量，每当程序运行到该语句时都会给该局部变量分配栈内存。但随着程序退出函数体，系统就会收回栈内存，局部变量也相应失效。但有时候我们需要在两次调用之间对变量的值进行保存。通常的想法是定义一个全局变量来实现。但这样一来，变量已经不再属于函数本身了，不再仅受函数的控制，给程序的维护带来不便。
静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区，而不是保存在栈中，每次的值保持到下一次调用，直到下次赋新值。
    静态局部变量有以下特点：
      1)该变量在全局数据区分配内存；
      2)静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化，即以后的函数调用不再进行初始化；
      3)静态局部变量一般在声明处初始化，如果没有显式初始化，会被程序自动初始化为0；
      4)它始终驻留在全局数据区，直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域，当定义它的函数或语句块结束时，其作      用域随之结束；

    3、静态函数
    在函数的返回类型前加上static关键字,函数即被定义为静态函数。静态函数与普通函数不同，它只能在声明它的文件当中可见，不能被其它文件使用。
   定义静态函数的好处：
      1)静态函数不能被其它文件所用；
      2)其它文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突；

二、面向对象的static关键字（类中的static关键字）
1、静态数据成员
    在类内数据成员的声明前加上关键字static，该数据成员就是类内的静态数据成员。
   静态数据成员有以下特点：
      1)而静态数据成员被当作是类的成员。无论这个类的对象被定义了多少个，静态数 据成员在程序中也只有一份拷贝，由该类型的所有对象共享访问。
      2)静态数据成员存储在全局数据区,属于本类的所有对象共享，所以，它不属于特定的类对象，在没有产生类对象时其作用域就可见，即在没有产生类的实例时，我们就可以操作它；
同全局变量相比，使用静态数据成员有两个优势：
     1)静态数据成员没有进入程序的全局名字空间，因此不存在与程序中其它全局名字冲突的可能性；
     2)可以实现[信息隐藏]。静态数据成员可以是private成员，而全局变量不能；

2、静态成员函数
    它为类的全部服务而不是为某一个类的具体对象服务。与普通函数相比，静态成员函数由于不是与任何的 对象相联系，因此它不具有this指针。从这个意义上讲，它无法访问属于类对象的非静态数据成员，也无法访问非静态成员函数，它只能调用其余的静态成员函数。
关于静态成员函数，可以总结为以下几点：
    1)出现在类体外的函数定义不能指定关键字static；
    2)静态成员之间可以相互访问，包括静态成员函数访问静态数据成员和访问静态成员函数；
    3)非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据成员；
    4)静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员

-----------------------------------EXTERN----------------------------
EXTERN
1 基本解释
    extern可以置于变量或者函数前，以标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。通过这种行为它告诉编译器：该变量/函数的定义已经存在在某个地方了，让编译器到其他的模块去寻找它的定义。
    另外，extern也可用来进行链接指定。

2. extern   “C”  
使用extern“C”主要是因为C++语言在编译的时候为了实现多态，会将函数名和函数结合起来形成另外一种函数名（总之就是说编译后的函数名与你之前自己声明时的函数名会不一样），而C语言中无多态的概念当然也就不会有这种奇异的名字变化问题。这是问题就出现了，当你要在C++中调用C函数时，由于名字的不同，所以它会找不到所调用的这个函数的定义，因而会出错。  
为了解决这一C与C++的矛盾冲突，就有了extern "C'。