嵌入式C语言深入篇之 —— 变量

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变量

可执行程序存储区

当一个C/C++原码文件被编译链（比如gcc/g++）编译及链接成为可执行程序后，由4个段组成，分别是：代码段，数据段，栈，堆。

代码段(.text)包含代码逻辑（函数），以及宏定义(#define)常量。

数据段包含3部分：.bss，.rodata，.data。

      .bss： Block Started by Symbol，存放程序中未初始化的全局变量。

      .rodata：read only data，用于存放不可变修改的常量数据。

      .data：静态变量和已初始化的全局变量存储区。

      栈(.stack)主要用来存放局部变量, 传递的参数, 存放函数的返回地址；程序运行过程中动态生成及回收，不需要用户回收存储空间。

      堆(.heap)由malloc等API动态分配的内存区域，其生命周期由free决定；程序运行过程中动态生成，需要由使用者自行回收。

      了解程序的组成存储区有利于开发过程中对程序的精简，比如我们可以选择变量内容及大小是直接编译进可执行程序（ROM）中，还是程序运行过程中才被实例化（RAM）；如果代码量10W+行基本能很明显的出现差异，同样功能有的代码编译出来占用空间非常大，有的很精简，其中一个原因就是对底层存储分区的理解不同。

      在我们Ubuntu Server目录：~/workspace/basics/c/3_2_variables，存放着本章节我们会用到的源代码文件；其中main_1.c的内容是针对变量/函数的分区存储结构做了描述：

我们尝试保留及注释掉.data里面的一个存储空间，对比两者编译后程序的大小。

差别巨大：

动态类型

    本节内容源码在：~/workspace/basics/c/3_2_variables/main_2.c中，主要讲解C语言中的动态类型变量定义的方法，需要使用到的关键字是：typeof()，该关键字是GNU C提供的一种特性，可以用来取得变量/函数的类型，或者表达式的类型。常用的方式如下：

取得变量类型。

定义一个变量，可以是普通变量也可以是指针变量，然后typeof取得该变量类型并用于定义另外同类型的变量；比如图中所示的value。

取得函数类型做函数指针。

主要用来取得函数的类型，并定义函数指针使用，图中所示的指针func就是取着函数add类型定义的。

取得表达式类型做处理。

取得表达式相对较为复杂，图中所示，我们将函数add的运算结果导出来用于判断；该技巧同样可以用于函数调用失败后的多次重试。

编译运行如下：

​​​​​​​类型转换

在C语言中，进行类型之间的转换有两种转换方式：隐式类型转换 和 强制类型转换。其中强制类型转换是由开发人员完成的，比如float val = (float)u8;

一般不会出现问题，所以我们重点关心隐式类型转换。

隐式类型转换是由编译器主动完成的，如果由低类型到高类型的隐式类型转换是安全的，不会发生截断；相反由高类型到低类型的隐式类型转换是不安全的，会发生截断产生不正确的结果：

四种情况下会发生隐式类型转换：赋值，算术运算，函数传参，函数返回值。

在源码文件：main_3.c中，我们列出了四种情况的例子：

赋值。

    图中我们定义的类型uint8_t u8，并赋值为250；同时定义int8_t i8，然后把u8赋值给i8，显然这个过程出现类型不匹配的转换，由于250已经超过i8的最大范围，因此i8不在是数值250了。

算术运算。

两个uint8_t类型相加，赋值给uint16_t，实际上编译器在执行该条指令时，会把两个uint8_t先转换为uint16_t，所以图中：

uint16_t both = cal_1 + cal_2; 等价于：

uint16_t both = (uint16_t)cal_1 + (uint16_t)cal_2;

隐式类型转换后数据正确。

函数传参。

    函数add的参数类型都是int8_t，而我们传入的200已经超过最大范围，因此传入的数据发生大类型到小类型的转换；同时函数返回值是int8_t，两个超过范围的int8_t相加得不到200+200=400的数值，如果相加也出现溢出，那么返回值更加不可测了。

函数返回值。

    函数add2的参数和返回值都是uint16_t，我们传入的两个uint8_t被转换为uint16_t，运算结果数值也是uint16_t，因此返回数值正确。

编译运行：

在编写程序的过程中，我们需要留意可能存在隐式类型转换的地方，避免由于数据类型转换导致的结果不可预测。