嵌入式C语言不可不用的关键字

1.static关键字

这个关键字前面也有提到，它的作用是强大的。

要对static关键字深入了解，首先需要掌握标准C程序的组成。

标准C程序一直由下列部分组成：

       1）正文段——CPU执行的机器指令部分，也就是你的程序。一个程序只有一个副本；只读，这是为了防止程序由于意外事故而修改自身指令；
       2）初始化数据段（数据段）——在程序中所有赋了初值的全局变量，存放在这里。
       3）非初始化数据段（bss段）——在程序中没有初始化的全局变量；内核将此段初始化为0。

注意：只有全局变量被分配到数据段中。
       4）栈——增长方向：自顶向下增长；自动变量以及每次函数调用时所需要保存的信息（返回地址；环境信息）。这句很关键，常常有笔试题会问到什么东西放到栈里面就足以说明。
       5）堆——动态存储分配。

 

在嵌入式C语言当中，它有三个作用：

作用一：在函数体，一个被声明为静态的变量在这一函数被调用过程中维持其值不变。

这样定义的变量称为局部静态变量：在局部变量之前加上关键字static，局部变量就被定义成为一个局部静态变量。也就是上面的作用一中提到的在函数体内定义的变量。除了类型符外，若不加其它关键字修饰，默认都是局部变量。比如以下代码：

void test1（void）

{

    unsigned char a；

    static unsigned char b；

    …

    a++；

    b++；

}

在这个例子中，变量a是局部变量，变量b为局部静态变量。作用一说明了局部静态变量b的特性：在函数体，一个被声明为静态的变量（也就是局部静态变量）在这一函数被调用过程中维持其值不变。这句话什么意思呢？若是连续两次调用上面的函数test1：

    void main（void）

    {

       …

       test1（）；

       test1（）；

       …

    }

然后使程序暂停下来，读取a和b的值，你会发现，a=1，b=2。怎么回事呢，每次调用test1函数，局部变量a都会重新初始化为0x00；然后执行a++；而局部静态变量在调用过程中却能维持其值不变。

通常利用这个特性可以统计一个函数被调用的次数。

声明函数的一个局部变量，并设为static类型，作为一个计数器，这样函数每次被调用的时候就可以进行计数。这是统计函数被调用次数的最好的办法，因为这个变量是和函数息息相关的，而函数可能在多个不同的地方被调用，所以从调用者的角度来统计比较困难。代码如下：

void count();
int main()
{
    int i;
    for (i = 1; i <= 3; i++)

    {
        count();

    {
     return 0;
}
void count()
{
    static num = 0;
    num++;
    printf(" I have been called %d",num,"times/n");
}

输出结果为：
I have been called 1 times.
I have been called 2 times.
I have been called 3 times.

 

看一下局部静态变量的详细特性，注意它的作用域。

 1）内存中的位置：静态存储区

   2）初始化：未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0（自动对象的值是任意的，除非他被显示初始化）

   3）作用域：作用域仍为局部作用域，当定义它的函数或者语句块结束的时候，作用域随之结束。

   注：当static用来修饰局部变量的时候，它就改变了局部变量的存储位置，从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后，并没有被销毁，而是仍然驻留在内存当中，直到程序结束，只不过我们不能再对他进行访问。

 

作用二：在模块内（但在函数体外），一个被声明为静态的变量可以被模块内所用函数访问，但不能被模块外其它函数访问。它是一个本地的全局变量。

这样定义的变量也称为全局静态变量：在全局变量之前加上关键字static，全局变量就被定义成为一个全局静态变量。也就是上述作用二中提到的在模块内（但在函数体外）声明的静态变量。

定义全局静态变量的好处：

<1>不会被其他文件所访问，修改，是一个本地的局部变量。

<2>其他文件中可以使用相同名字的变量，不会发生冲突。

全局变量的详细特性，注意作用域，可以和局部静态变量相比较：

1）内存中的位置：静态存储区（静态存储区在整个程序运行期间都存在）

    2）初始化：未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0（自动对象的值是任意的，除非他被显示初始化）

    3）作用域：全局静态变量在声明他的文件之外是不可见的。准确地讲从定义之处开始到文件结尾。

当static用来修饰全局变量的时候，它就改变了全局变量的作用域（在声明他的文件之外是不可见的），但是没有改变它的存放位置，还是在静态存储区中。

 

作用三：在模块内，一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。那就是，这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用。

 

这样定义的函数也成为静态函数：在函数的返回类型前加上关键字static，函数就被定义成为静态函数。函数的定义和声明默认情况下是extern的，但静态函数只是在声明他的文件当中可见，不能被其他文件所用。

定义静态函数的好处：

<1> 其他文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突

<2> 静态函数不能被其他文件所用。它定义一个本地的函数。

这里我一直强调数据和函数的本地化，这对于程序的结构甚至优化都有巨大的好处，更大的作用是，本地化的数据和函数能给人传递很多有用的信息，能约束数据和函数的作用范围。在C++的对象和类中非常注重的私有和公共数据/函数其实就是本地和全局数据/函数的扩展，这也从侧面反应了本地化数据/函数的优势。

 

最后说一下存储说明符，在标准C语言中，存储说明符有以下几类：

auto、register、extern和static

对应两种存储期：自动存储期和静态存储期。
auto和register对应自动存储期。具有自动存储期的变量在进入声明该变量的程序块时被建立，它在该程序块活动时存在，退出该程序块时撤销。

关键字extern和static用来说明具有静态存储期的变量和函数。用static声明的局部变量具有静态存储持续期（static storage duration），或静态范围（static extent）。虽然他的值在函数调用之间保持有效，但是其名字的可视性仍限制在其局部域内。静态局部对象在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化。

2. const 关键字

const关键字也是一个优秀程序中经常用到的关键字。关键字const 的作用是为给读你代码的人传达非常有用的信息，实际上，声明一个参数为常量是为了告诉了用户这个参数的应用目的。通过给优化器一些附加的信息，使用关键字const 也许能产生更紧凑的代码。合理地使用关键字const 可以使编译器很自然地保护那些不希望被改变的参数，防止其被无意的代码修改。简而言之，这样可以减少bug的出现。

深入理解const关键字，你必须知道：

a. const关键字修饰的变量可以认为有只读属性，但它绝不与常量划等号。如下代码：

const int i=5;

       int j=0;

       ...

       i=j;   //非法，导致编译错误，因为只能被读

       j=i;   //合法

b. const关键字修饰的变量在声明时必须进行初始化。如下代码：

const int i=5;    //合法

     const int j;      //非法，导致编译错误

c. 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。const最初是从C++变化得来的，它可以替代define来定义常量。在旧版本(标准前)的c中，如果想建立一个常量，必须使用预处理器：
                #define PI 3.14159

此后无论在何处使用PI，都会被预处理器以3.14159替代。编译器不对PI进行类型检查，也就是说可以不受限制的建立宏并用它来替代值，如果使用不慎，很可能由预处理引入错误，这些错误往往很难发现。而且，我们也不能得到PI的地址（即不能向PI传递指针和引用）。const的出现，比较好的解决了上述问题。

d. C标准中，const定义的常量是全局的。

e. 必须明白下面语句的含义，我自己是反复记忆了许久才记住，方法是：若是想定义一个只读属性的指针，那么关键字const要放到‘* ’后面。

char *const cp; //指针不可改变，但指向的内容可以改变

char const *pc1; //指针可以改变，但指向的内容不能改变

const char *pc2; //同上（后两个声明是等同的）

       f. 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。

       参数const通常用于参数为指针或引用的情况，且只能修饰输入参数;若输入参数采用“值传递”方式，由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数，该参数本就不需要保护，所以不用const修饰。例子：

void fun0(const  int * a );

void fun1(const  int & a);

调用函数的时候，用相应的变量初始化const常量，则在函数体中，按照const所修饰的部分进行常量化，如形参为const int * a，则不能对传递进来的指针所指向的内容进行改变，保护了原指针所指向的内容；如形参为const int & a，则不能对传递进来的引用对象进行改变，保护了原对象的属性。

       g. 修饰函数返回值，可以阻止用户修改返回值。（在嵌入式C中一般不用，主要用于C++）

       h. const消除了预处理器的值替代的不良影响，并且提供了良好的类型检查形式和安全性，在可能的地方尽可能的使用const对我们的编程有很大的帮助，前提是：你对const有了足够的理解。

       最后，举两个常用的标准C库函数声明，它们都是使用const的典范。

       1.字符串拷贝函数：char *strcpy（char *strDest，const char *strSrc）；

       2.返回字符串长度函数：int strlen（const char *str）；

 

3. volatile关键字

一个定义为volatile 的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。

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： 

static int i=0; 

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

/* Interrupt service routine. */ 
void ISR_2(void) 
{ 
     i=1; 
} 

       程序的本意是希望ISR_2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i，因此可能只执行一次对从i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“i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i也应该如此说明。 

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有不同意义；

不懂得volatile 的内容将会带来灾难，这也是区分C语言和嵌入式C语言程序员的一个关键因素。为强调volatile的重要性,再次举例分析:

代码一:                               

int a,b,c;                             

//读取I/O空间0x100端口的内容    

a= inword(0x100);                                                  

b=a;                               

a=inword(0x100)                            

c=a;  

代码二:   

  volatile int a;   

  int a,b,c;                             

//读取I/O空间0x100端口的内容    

a= inword(0x100);                                               

b=a;                               

a=inword(0x100)                        

c=a; 

在上述例子中,代码一会被绝大多数编译器优化为如下代码:

       a=inword(0x100)

       b=a;

       c=a;

这显然与编写者的目的不相符,会出现I/O空间0x100端口漏读现象,若是增加volatile,像代码二所示的那样,优化器将不会优化掉任何代码.

       从上面来看,volatile关键字是会降低编译器优化力度的,但它保证了程序的正确性,所以在适合的地方使用关键字volatile是件考验编程功底的事情.

 

4.struct与typedef关键字

面对一个人的大型C/C++程序时，只看其对struct的使用情况我们就可以对其编写者的编程经验进行评估。因为一个大型的C/C++程序，势必要涉及一些(甚至大量)进行数据组合的结构体，这些结构体可以将原本意义属于一个整体的数据组合在一起。从某种程度上来说，会不会用struct，怎样用struct是区别一个开发人员是否具备丰富开发经历的标志。

　　在网络协议、通信控制、嵌入式系统的C/C++编程中，我们经常要传送的不是简单的字节流（char型数组），而是多种数据组合起来的一个整体，其表现形式是一个结构体。

经验不足的开发人员往往将所有需要传送的内容依顺序保存在char型数组中，通过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样做编程复杂，易出错，而且一旦控制方式及通信协议有所变化，程序就要进行非常细致的修改。

用法:

在C中定义一个结构体类型要用typedef:
typedef struct Student
{
       int a;
}Stu;
于是在声明变量的时候就可：Stu stu1;
如果没有typedef就必须用struct Student stu1;来声明
这里的Stu实际上就是struct Student的别名。
另外这里也可以不写Student（于是也不能struct Student stu1;了）
typedef struct
{
       int a;
}Stu;

struct关键字的一个总要作用是它可以实现对数据的封装,有一点点类似与C++的对象,可以将一些分散的特性对象化,这在编写某些复杂程序时提供很大的方便性.

比如编写一个菜单程序,你要知道本级菜单的菜单索引号、焦点在屏上是第几项、显示第一项对应的菜单条目索引、菜单文本内容、子菜单索引、当前菜单执行的功能操作。若是对上述条目单独操作，那么程序的复杂程度将会大到不可想象，若是菜单层数少些还容易实现，一旦菜单层数超出四层，呃~我就没法形容了。若是有编写过菜单程序的朋友或许理解很深。这时候结构体struct就开始显现它的威力了：

//结构体定义

typedef struct

{

unsigned char CurrentPanel;//本级菜单的菜单索引号

unsigned char ItemStartDisplay; //显示第一项对应的菜单条目索引

unsigned char FocusLine;  //焦点在屏上是第几项

}Menu_Statestruct;

 

typedef struct

{

unsigned char *MenuTxt; //菜单文本内容

unsigned char MenuChildID;//子菜单索引

void    (*CurrentOperate)();//当前菜单执行的功能操作

}MenuItemStruct;

 

typedef struct

{

MenuItemStruct  *MenuPanelItem;

unsigned char    MenuItemCount;

}MenuPanelStruct;

 

       这里引用我巩师兄所写的菜单程序中的结构体定义，这个菜单程序最大可以到256级菜单。我当初要写一个菜单程序之前，并没有对结构体了解多少，也没有想到使用结构体。只是一层层菜单的单独处理：如果按键按下，判断是哪个按键，调用对应按键的子程序，刷屏显示。这样处理起来每一层都要判断当前的光标所在行，计算是不是在显示屏的顶层，是不是在显示层的底层，是不是需要翻页等等，非常的繁琐。后来在网上找资料，就找到了我师兄编写的这个程序，开始并不知道是他写的，在看源程序的时候看到了作者署名：中国传惠 TranSmart，才知道是他。花了一天的时间阅读代码和移植，才知道结构体原来有这么个妙用，当定义了上述三个结构体之后，菜单程序结构立刻变的简单很多，思路也无比的清晰起来。