嵌入式软件开发常用的关键字和运算符

目录

1、volatile关键字

2、const关键字

3、static关键字

4、struct与union

5、预定义标识符

6、#与##

[7、void 与 void*关键字](#7、void 与 void关键字 "#7%E3%80%81void%20%E4%B8%8E%20void%E5%85%B3%E9%94%AE%E5%AD%97")

8、weak关键字


1、volatile关键字

volatile是一个特征修饰符,提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变,因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候,告诉编译器对该变量不做优化,都会直接从变量内存地址中读取数据,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

常用场景:中断服务与主程序共享变量。

示例代码:

cpp 复制代码
//volatile uint8_t flag=1;
uint8_t flag=1;

void test(void)
{
    while(flag)
    {
        //do something
    }
}

//interrupt service routine
void isr_test(void)
{
    flag=0;
}

如果没使用volatile定义flag,可能在优化后test陷入死循环,因为test里使用的flag并没修改它,开启优化后,编译器可能会固定从某个内存取值。

2、const关键字

const 是 constant 的缩写,意思是"恒定不变的",它是定义常变量的关键字。

通常有4种用法。

1、修饰变量

采用const修饰变量,即变量声明为只读,保护变量值以防被修改。

cpp 复制代码
const int i = 1;
或者
int const i=1;

变量i具有只读特性,不能够被更改;若想对i重新赋值,如i = 10,属于错误操作。

2、修饰数组

数组元素与变量类似,具有只读属性,不能被更改,一旦更改,编译时就会报错。

cpp 复制代码
const int array[5] = {1,2,3,4,5};
array[0] = array[0]+1; //错误,array是只读的,禁止修改

使用大数组存储固定的信息,例如查表(表驱动法的键值表),可以使用const节省ram。编译器并不给普通const只读变量分配空间,而是将它们保存到符号表中,无需读写内存操作,程序执行效率也会提高。

3、修饰指针

C语言中const修饰指针要特别注意,共有两种形式,一种是用来限定指向空间的值不能修改;另一种是限定指针不可更改。

cpp 复制代码
int i = 1;
int j = 2;

const int *p1 = &i;
int* const p2 = &j;

上面定义了两个指针p1和p2,区别是const后面是指针本身还是指向的内容。

在定义1中const限定的是*p1,即其指向空间的值不可改变,若改变其指向空间的值如*p1=10,则程序会报错;但p1的值是可以改变的,对p1重新赋值如p1=&k是没有任何问题的。

在定义2中const限定的是指针p2,若改变p2的值如p2=&k,程序将会报错;但*p2,即其所指向空间的值可以改变,如*p2=20是没有问题的,程序正常执行。

4、 修饰函数参数

const关键字修饰函数参数,对参数起限定作用,防止其在函数内部被修改,所限定的函数参数可以是普通变量,也可以是指针变量。

cpp 复制代码
void fun(const int i)
{
    ......
    i++; //对i的值进行了修改,程序报错
}

常用的函数如strlen。

cpp 复制代码
size_t strlen(const char *string);

const在库函数中使用非常普遍,是一种自我保护的安全编码思维。

3、static关键字

1、static修饰全局变量,该变量只在本文件内被访问,不能在其他文件被直接访问。

2、static修饰函数,该函数只能在本文件内被访问,不能被其他文件访问。但是可以通过嵌套的方式调用,变相的封装的表现。

3、static修饰局部变量,更改该局部变量的生命周期。

  • 生命周期:将临时变量的生命周期变成全局变量的生命周期。
  • 作用域不变:作用域仍然是在本代码块内。

4、struct与union

可以使用struct结构体来存放一组不同类型的数据。

cpp 复制代码
struct 结构体名{
    结构体所包含的变量或数组
};

结构体是一种集合,它里面包含了多个变量或数组,它们的类型可以相同,也可以不同,每个这样的变量或数组都称为结构体的成员,通常我们使用结构体定义和解析协议,如下所示:

cpp 复制代码
// WiFi接收数据帧,控制切换模式
#pragma pack(1)
typedef struct receive_data_mode_t
{
    uint8_t device_head;        // 数据帧头:0XA0+功能码(FUNCTION_ID3),A款产品智能插座
    uint16_t device_len;        // 数据包总长度
    uint16_t device_id;         // 节点ID 0X0001~0XFFFE
    char software_version[15];  // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
    char hardware_version[15];  // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
    uint8_t switch_mode;        // 切换模式 0:运行模式,1:配置模式,2:节点升级,3:节点重启
    uint16_t crc;               // 校验位
}ReceiveData_Mode_t;
#pragma pack()

union共用体关键字,定义union下面的成员变量共享一块内存,每一个成员在任一时刻有且只有一个成员使用此块内存。

cpp 复制代码
union 共用体名{
    成员列表
};

结构体和共用体的区别在于:结构体的各个成员会占用不同的内存,互相之间没有影响;而共用体的所有成员占用同一段内存,修改一个成员会影响其余所有成员。

通常使用共用体做一些标志位操作,例如以下示例,可以非常灵活的访问Val中的bit位。

cpp 复制代码
 typedef union
 {
     BYTE Val;
     struct __packed
     {
        BYTE b0:1;
        BYTE b1:1;
        BYTE b2:1;
        BYTE b3:1;
        BYTE b4:1;
        BYTE b5:1;
        BYTE b6:1;
        BYTE b7:1;
    } bits;
}BYTE_VAL, BYTE_BITS;

或者使用共用体实现单字节与多字节的转化和拼接,如下所示:

cpp 复制代码
#include "stdio.h"

typedef struct
{
    union
    {
        struct
        {
            unsigned char low;
            unsigned char high;
        };
        unsigned short result;
    };
}test_t;


int main(int argc, char *argv[])
{
    test_t hello;

    hello.high=0x12;
    hello.low=0x34;

    printf("result=%04X\r\n",hello.result);//输出 result=1234 

    return 0;
}

5、预定义标识符

一般编译器都支持预定义标识符,这些标识符结合printf等打印信息帮助程序员调试程序是非常有用的,一般编译器会自动根据用户指定完成替换和处理。

常用的预定义标识符如下所示:

cpp 复制代码
__FILE__    //表示编译的源文件名
__LINE__   //表示当前文件的行号
__FUNCTION__  //表示函数名
__DATE__  //表示编译日期
__TIME__   //表示编译时间

在Debug打印日志时候经常会用到,如下所示:

cpp 复制代码
printf("file:%s,line:%d,date:%s,time:%s",__FILE__,__LINE__,__DATE__,__TIME__);

6、#与##

#:是一种运算符,用于带参宏的文本替换,将跟在后面的参数转成一个字符串常量。

##:是一种运算符,是将两个运算对象连接在一起,也只能出现在带参宏定义的文本替换中。

cpp 复制代码
#include "stdio.h"

#define TO_STR(s) #s
#define COMB(str1,str2) str1##str2

int main(int argc, char *argv[])
{
    int UART0= 115200;

    printf("UART0=%d\n", COMB(UART, 0));//字符串合并为变量UART0
    printf("%s\n", TO_STR(3.14));//将数字变成字符串

    return 0;
}

7、void 与 void*关键字

void表示的是无类型,不能声明变量或常量,但是可以把指针定义为void类型,如void* ptr。void* 指针可以指向任意类型的数据,在C语言指针操作中,任意类型的数据地址都可转为void* 指针。因为指针本质上都是unsigned int。

常用的内存块操作库函数:

cpp 复制代码
void * memcpy( void *dest, const void *src, size_t len );
void * memset( void *buffer, int c, size_t num);

数据指针为void* 类型,对传入任意类型数据的指针都可以操作。另外其中memcpy第二个参数,const现在也如前文所述,拷贝时对传入的原数据内容禁止修改。

特殊说明,指针是不能使用sizeof求内容大小的,在ARM系统固定为int 4字节。对于函数无输入参数的,也尽量加上void,如下所示:

cpp 复制代码
void fun(void);

8、weak关键字

一般简化定义如下所示:

cpp 复制代码
#define _WEAK __attribute__((weak))  

函数名称前面加上__WEAK属性修饰符称为"弱函数",类似C++的虚函数。链接时优先链接为非weak定义的函数,如果找不到则再链接带weak函数。

cpp 复制代码
_WEAK void fun(void)  
{  
    //do this
}  

//不在同一个.c,两同名函数不能在同一个文件
void fun(void)  
{  
    //do that
}  

这种自动选择的机制,在代码移植和多模块配合工作的场景下应用较多。例如前期移植代码,需要调用某个接口fun,但当前该接口不存在或者未移植完整使用,可以使用weak关键字定义为空函数先保证编译正常。后续移植完成实现了fun,即软件中有2个fun函数没有任何错误,编译器自动会识别使用后者。当然也粗暴的#if 0屏蔽对fun的调用,但要确保后续记得放开。

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