STM32开发基础知识之位操作、宏定义、ifdef条件编译、extern变量申明、typedef类型别名、结构体

一、引言

本文将对STM32入门开发的基本C语言基础知识进行回顾和总结，一边学者在开发过程中能较顺利地进行。主要包括位操作、define宏定义、ifdef条件编译、extern变量申明、typedef类型别名、结构体等基本知识。

二、基础C语言开发知识总结

（一）、位操作

下面列举几类常见的位操作：

以上的这些位操作在单片机编程开发中到底有什么强大的用处呢？

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（1） 可以在不改变其他值的情况下，对某几个位进行设值

相信学过51单片机的读者会时常听说过“取高八位”、“取低四位”、“将最高位置低”、“将最高位置高”……等等。其实我在初学51单片机的时候，听老师讲的一头雾水！直至了解了位操作的原理和使用方法后，才真正懂得了位操作的实用性。

下面进入正题：可以在不改变其他值的情况下，对某几个位进行设值！

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：

1、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

2、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。如果你写成：

GPIOx->BSRR =0x0030;
 

这样的代码就不好看也不好重用了。
 

此外，类似这样的代码：

GPIOA->ODR|=1<<5; //PA.5 输出高,不改变其他位

这样我们一目了然， 5 告诉我们是第 5 位也就是第 6 个端口， 1 告诉我们是设置为 1 了。这就是当时学习51单片机的时候老师讲的将某一位置高，即置位高低。

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；

这样的做法设置第 3 位为 0，但是这样的做法同样不好看，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，可读性非常强。

（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
定义标识符 SYSCLK_FREQ_72MHz 的值为 72000000
 

关于define宏定义的理解，我个人觉得可以这样理解：给一个变量或者函数取一个别名。但是为什么要刻意去取别名呢，因为变量为具体数值时不方便记忆和阅读开发，所以取一个别名来代替的话更方便识别，同时更改变量时，也只需改数值即可，其名具有“行不更名坐不改姓”的通用性。

（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
它的作用是什么呢？

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;

的出现。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;
}

在 test.c 中申明变量 id 在外部定义，然后在 test.c 中就可以使用变量 id 了。

（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;
…
};
这里定义了一个结构体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;

 这里的 GPIO_TypeDef 就跟 struct _GPIO 是等同的作用了。

（六） 、结构体

在32单片机的开发中，MDK 中太多地方使用结构体以及结构体指针，这回时刚开始学习32单片机的同学倍感陌生，一下子摸不着头脑。致使学习 STM32 的积极性大大降低，其实结构体并不是那么复杂。下面我稍微提及一下有关结构体的知识：

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);

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);

这样做有什么好处吗？ 

当然有好处，不然干嘛如此费劲咧~~~~~~~~~~~~~~~~~~

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。使用结构体组合参数，可以提高代码的可读性，不会觉得变量定义混乱。当然结构体的作用就远远不止这个了，同时， MDK 中用结构体来定义外设也不仅仅只是这个作用，这里我只是举一个例子，通过最常用的场景，让大家理解结构体的一个作用而已。

（七）、结语 

以上就是我对单片机开发入门时应该掌握和回顾的知识总结，作为一个经历者和开发者，我希望读者一定不要忽视以上知识的重要性！

考虑到不能及时回复大家，因此我新建了一个学习交流群，我把相关的资料已经上传到群里，大家可以入群后在群文件里下载。群中文件资料我会时常更新，主要资料是单片机开发、编程、嵌入式学习、算法控制等。

由于群中文件还在不断更新上传，有些方面的资料还不太完善，希望大家理解。若群中涉及违规行为，欢迎举报！

愿我们携手同行，逐梦不止！！！

冲冲冲……