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嵌入式系统C语言编程基础 SNBC Page2 目录 关于本课程C语言复习编程规范开发高效程序的技巧 Page3 为什么学习本课程 会C语法与会用C语言写程序是两个概念C的灵活性以及由此而产生的陷阱非常多TheMostBeautifulLanguageandMostDangerousLanguageintheProgrammingWorld 本课程将嵌入式系统中最基本的 最经常用到的 概念与技巧介绍给大家 Page4 小测验 Page5 Quiz1 所有嵌入式系统的主流程最后都进入一个死循环 怎样用C语言实现一个死循环 Page6 Quiz2 while 和do while 有什么区别 Page7 Quiz3 用变量a给出下列定义 一个整型数一个指向整型数的指针一个有10个整型数的的数组一个有10个指针的数组 该指针是指向一个整型数的 Page8 Quiz4 关键字static的作用是什么 Page9 Quiz5 关键字const的作用是什么 Page10 Quiz6 定义一个标准宏MIN 这个宏输入两个参数并返回较小的一个 Page11 Quiz7 嵌入式系统中经常要对变量或寄存器进行位操作 给定一个int型变量a 写两段代码 第一个将a的bit3置为1 第二个将a的bit3置为0 以上两个操作中 要保持其它位不变 Page12 Quiz8 嵌入式系统具有经常去直接访问物理地址的特点 在某工程中 要求设置一绝对地址为0 x5a00的整型变量的值为0 xaa55 写代码去完成这一任务 Page13 Quiz9 下面这段代码的输出是什么 voidfoo void unsignedinta 6 intb 20 a b 6 puts 6 puts 6 Page14 Quiz10 请评论下面一段程序代码 voidtest charstring 10 char str 0123456789 strcpy string str Page15 Quiz11 请评论下面一段程序代码 voidGetMemory char p p char malloc 0 x20 voidTest void char str NULL GetMemory str strcpy str HelloWorld printf str Page16 Quiz12 中断是嵌入式系统的重要组成部分 请评论下面一段中断服务子程序代码 interruptdoublecompute area doubleradius doublearea PI radius radius printf nArea f area returnarea Page17 Answer Page18 Quiz1Answer while 1 Page19 Quiz2Answer while 为入口条件循环 即在每次执行循环之前先检查判断条件 do while 为退出条件循环 即在执行循环之后再检查判断条件 Page20 Quiz3Answer a inta b int a c inta 10 d int a 10 Page21 Quiz4Answer 在C语言中 关键字static有三个明显的作用 1 在函数体内 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 2 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 3 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 Page22 Quiz5Answer const是constant的缩写 恒定不变 的意思 被const修饰的东西都受到强制保护 可以预防意外的变动 能提高程序的健壮性 const常量与 define常量 前者有数据类型 后者只是字符替换 而且可能产生意料不到的错误 所以编译器可以对前者进行安全性检查 Page23 Quiz6Answer defineMIN A B A B A B define宏的副作用 下面的代码执行后会发生什么事 least MIN p b Page24 Quiz7Answer constintBIT3 0 x01 3 staticinta voidSetBit3 void a BIT3 voidClearBit3 void a Page25 Quiz8Answer int ptTemp int 0 x5a00 ptTemp 0 xaa55 Page26 Quiz9Answer 输出为 6 原因是当表达式中存在有符号类型和无符号类型时所有的操作数都自动转换为无符号类型 因此 20变成了一个非常大的正整数 所以该表达式计算出的结果大于6 这一点对于频繁用到无符号数据类型的嵌入式系统来说是丰常重要的 Page27 Quiz10Answer 字符串str需要11个字节才能存放下 包括末尾的 0 而string只有10个字节的空间 所以strcpy会导致数组越界 Page28 Quiz11Answer 编译器总是要为函数的每个参数制作临时副本 指针参数p的副本是 p 编译器使 p p 本例中 p申请了新的内存 但只是 p的值改变了 p的值却丝毫未变 仍然为NULL 事实上 每执行一次GetMemory就会泄漏一块内存 Page29 Quiz12Answer 1 ISR不能返回值 2 不能向ISR传递参数 3 ISR应该是短而有效率的 因而在ISR中做浮点运算 使用printf等是不明智的 会经常有重入和性能上的问题 Page30 还是先复习一下C吧 Page31 C语言复习 1 循环与分支2 作用域与存储类3 内存与指针4 位操作5 预编译处理 Page32 循环与分支 1 几种循环语句 for initialize test update body while test body do body while test 2 循环辅助手段 break语句用于跳出循环 continue语句用于结束本次循环 Page33 循环与分支 3 三种形式的if语句 if expression if expression else if expression1 elseif expression else Page34 循环与分支 4 条件运算符 expression1 expression2 expression3如果expression1为真 整个表达式的值为expression2的值 否则为expression3的值 是if else 的简写形式 但是编译器可以产生比if else 更优化的代码 Page35 循环与分支 5 多重选择 switchswitch expression caseconstant1 statements break caseconstant2 statements break default statements break switch判断表达式必须具有整数值 case标签必须是整数常量或整数常量表达式 Page36 C语言复习 1 循环与分支2 作用域与存储类3 内存与指针4 位操作5 预编译处理 Page37 作用域与存储类 1 作用域代码块作用域 局部变量 代码块 包含在开始花括号和对应结束花括号之内的一段代码 作用域 从定义变量位置到该代码块的末尾 文件作用域 全局变量 在所有函数之外定义的变量具有文件作用域 作用域 从定义变量位置到包含该定义的文件的结尾处 在其它位置使用该变量应用extern来声明该变量 Page38 作用域与存储类 2 存储时期静态存储时期 程序运行期间一直存在 给变量分配固定的存储空间 所有全局变量具有静态存储时期 具有静态存储时期的并不都是全局变量 但是修饰全局变量的关键词static表明的是链接类型 并非存储时期 动态 自动 存储时期 运行期间根据需要动态的给变量分配存储空间 Page39 作用域与存储类 3 5种存储类 Page40 C语言复习 1 循环与分支2 作用域与存储类3 内存与指针4 位操作5 预编译处理 Page41 内存与指针 1 内存分配方式从静态存储区分配 内存在程序编译的时候就已经分配好 这块内存在程序的整个运行期间都存在 例如全局变量 static变量 从栈上创建 在执行函数时 函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建 函数执行结束时这些存储单元自动被释放 栈内存分配运算内置于处理器的指令集中 效率很高 但是分配的内存容量有限 动态内存分配 程序在运行的时候由程序员自己负责申请和释放内存 Page42 内存与指针 2 内存陷阱C语言的灵活性 指针的应用 以及C语法的宽容性很容易造成代码的错误 这其中最主要的就是内存单元的溢出 a 堆栈溢出b 数组越界 将错误锁定在一个函数中以后 首先应该关注内存的问题 Page43 内存与指针 举例 看看下面这段代码有什么问题char DoSomething chari 32 1024 returni 两个重大问题 1 临时变量在堆栈上创建 太大的临时变量数组会冲掉堆栈 2 返回堆栈中的地址是没有意义的 因为堆栈中的内容永远是不确定的 Page44 内存与指针 数组越界的危险临时数组 在栈上创建 因此临时数组越界有可能导致某些局部变量莫明其妙被改 函数返回时崩溃等等 全局数组 在静态存储区创建 因此全局数据越界有可能导致某些全局变量莫明其妙被改 被冲的动态内存无法释放等等 Page45 内存与指针 3 指针指针是什么 指针是一个变量 它的值是另外一个变量的地址 指针的类型指针所指向的变量的类型 就是指针的类型 举例 右边的运算有何不同 intX 2 pX Page46 内存与指针 指针的三要素1 指针指向的地址 2 指针指向地址上的内容 3 指针本身的地址 举例 intA pA ppA pA Page47 内存与指针 指针的大小 指针变量占用的内存空间 举例 以下为ARM平台下的一段32位C程序 请计算sizeof的值 charstr Hello char p str intn 10 sizeof str sizeof p sizeof n sizeof str 6sizeof p 4sizeof n 4 Page48 内存与指针 指针的初始化指针变量在没有被初始化之前 它的值是随机的 一个指向不明的指针是非常危险的 当创建一个指针时 系统只分配了用来存储指针本身的内存空间 并不分配用来存储数据的内存空间 使用指针之前 必须给它赋予一个已分配的内存地址 Page49 内存与指针 指针与数组举例 下列操作是否合法 inta 4 p p a a 2 0 x00 p 2 0 x01 等价于p a 0 等价于a 2 等价于 p 2 但是数组名不同于指针 数组名a是指向数组起始位置的 常量 因此不能对数组名进行赋值操作 a p 错误a 错误 Page50 内存与指针 指针与数组什么时候是相同的举例 以下为ARM平台下的一段32位C程序 请计算sizeof的值 voidFunc chara 100 sizeof a sizeof a 4 1 数组名作为函数形参时 在函数体内 其失去了本身的内涵 仅仅只是一个指针 2 很遗憾 在失去其内涵的同时 它还失去了其常量特性 可以作自增 自减等操作 可以被修改 Page51 内存与指针 数组与指针运用规则 数组 声明 使用 定义 如chara 10 不能写成指针的形式 extern 如externchara 不能写成指针的形式 func chara 或func char a 函数参数可以写成指针的形式 c a i 或c a i 可以写成指针的形式 Page52 C语言复习 1 循环与分支2 作用域与存储类3 内存与指针4 位操作5 预编译处理 Page53 位操作 1 位操作的用途硬件寄存器控制 压缩和加密操作 提高程序运行效率 因为位是程序可以操作的最小数据单位 所以理论上可以用 位操作 完成所有的运算与操作 Page54 位操作 2 位运算符位逻辑运算符 位与 两个数对应位都为1结果才为1 位或 两个数对应位有一个为1结果则为1 位异或 两个数对应位不同结果则为1 按位取反 单目运算符 移位运算符 右移 Page55 位操作 3 用法 掩码位操作符通常跟掩码一起用 掩码是某些位为开而某些位为关的位组合 例 flag MASK flag Page56 位操作 4 用法 打开位 关闭位 转置位打开位 flag flag MASK 或flag MASK 关闭位 flag flag Page57 位操作 5 用法 查看某一位的值错误用法 if flag MASK 正确用法 if flag MASK MASK 位运算符的优先级低于 因此需要在flag MASK的两侧加上圆括号 Page58 位操作 6 用法 移位操作unsignedcharch 0 x07 00000111unsignedchari i ch 2 左移 右移 Page59 C语言复习 1 循环与分支2 作用域与存储类3 内存与指针4 位操作5 预编译处理 Page60 预编译处理 C编译系统在对程序进行编译之前 先进行预处理 C提供的预处理功能主要有以下三种 宏定义文件包含条件编译 Page61 预编译处理 1 宏定义类对象宏例 defineSTX0 x02类函数宏例 defineSQUARE x x x 几点说明 a 宏定义不是C语句 不在行末加分号 b 宏名有效范围为从定义处到本源文件结束 c 在宏定义时 可以引用已经定义的宏名 d 宏替换不占运行时间 只占编译时间 Page62 预编译处理 2 文件包含 include预处理器发现 include后 就会寻找后跟的这个文件并把这个文件的内容复制到当前位置替换 include指令 使用 include指令的一些例子 Page63 预编译处理 3 条件编译条件编译指不对整个程序编译 而是编译满足条件的那部分 条件编译有以下几种形式 a ifdef标识符程序段1 else程序段2 endif它的作用 当标识符在前面已经定义过 则对程序段1进行编译 否则对程序段2进行编译 Page64 预编译处理 b ifndef标识符程序段1 else程序段2 endif它的作用和 ifdef相反 当标识符之前没被定义过 则对程序段1进行编译 否则就对程序段2进行编译 Page65 预编译处理 c if表达式程序段1 else程序段2 endif它的作用 当表达式的值为真时 对程序段1进行编译 都则就对程序段2进行编译 Page66 预编译处理 举例 下面是某工程中 h文件中的一段程序 请说明 ifndef define endif结构的作用 ifndefDEF H defineDEF H include include graphics h endif 防止头文件被重复引用 Page67 编程规范 Page68 编程规范 1 规范的作用改善代码质量提高开发速度增进团队精神养成良好习惯 Page69 编程规范 2 编程规范养成良好的编程习惯 Page70 开发高效程序的技巧 Page71 开发高效程序的技巧 1 ARM编程中局部变量的使用举例 请看一面一段程序 intchecksum int data chari for i 0 i 64 i ADDr1 r1 1ANDr1 r1 0 xFFCMPr1 0 x40 Page72 开发高效程序的技巧 把上面的程序段将i声明为unsignedint类型 比较一下 ADDr1 r1 1CMPr1 0 x40 ARM编程中局部变量类型的使用 char或short类型并不比int类型占用更小的寄存器空间或者堆栈空间 应尽量不要使用char或short作为局部变量 以防止做不必要的转换 除非要使用char或short的溢出归零特性 如255 1 0 Page73 开发高效程序的技巧 2 ARM编程中函数参数的传递4寄存器原则 four registerrule ARM Thumb过程调用标准 ATPCS 定义了 R0 R3 四个寄存器作为参数传递和结果返回寄存器 如果参数超过4个 则使用堆栈进行传递 额外的指令和慢速的存储器操作 因为内部寄存器的访问速度要远远大于存储器 所以我们应尽量把函数的参数控制在4个以下 Page74 开发高效程序的技巧 r3r2r1r0 sp 8sp 4sp 图 ATPCS参数传递 Page75 开发高效程序的技巧 3 结构体安排举例 对下面两个结构体进行比较structA chara intb charc shortd structB chara charc shortd intb Page76 开发高效程序的技巧 4 C语言中的封装思想举例 给出这样一个人机界面 打印速度 100 液晶显示屏 按键 要求 以中间的按键切换液晶显示菜单 左右两个按键对当前项的值进行增减操作 Page77 开发高效程序的技巧 我曾经这样做 voidonLeftKey switch currentFocus caseMENU1 menu1onLeft break caseMENU2 menu2onLeft break voidonMidKey c