【C语言】嵌入式C加强学习

C语言知识点整理

• 一、变量和指针
• 二、sizeof和关键字
• 三、struct
• 四、变量赋值
• 五、通过指针赋值
• 六、上午答疑
• 七、结构体指针_函数指针
• • 结构体中如何使用指针
  • 函数指针
• 八、下午答疑_关于指针
• 九、什么是链表
• 十、链表的插入操作
• 十一、链表的删除操作
• 十二、ARM架构与汇编的初步体验
• 十三、全局变量的初始化与栈的引入
• • [1 有初始值的全局变量，如何进行初始化？：](#1 有初始值的全局变量，如何进行初始化？：)
  • [2 无初始值或者初始值为0的全局变量，如何进行初始化？](#2 无初始值或者初始值为0的全局变量，如何进行初始化？)
  • [3 引入栈的概念](#3 引入栈的概念)
• 十四、局部变量的初始化

韦东山C语言知识点学习。 B站链接。
简单记。

一、变量和指针

主函数中定义变量，但未使用。编译，会提示"有变量 定义但未使用"，查看map文件，会找不到对应的标识符identity。

即表明此变量被编译器优化掉。

加上关键字volatile，易变的，则不会被优化掉。

main也是一个函数，在其中定义的变量是局部变量，存在栈stack中。

map文件中体现的是"全局变量"。

map文件中会体现栈stack的起始位置，和长度，但是不会体现其中的变量。栈中的变量是随用随销的。

CPU相当于内核，RAM存变量，Flash存程序代码。

指针变量，也是变量，也存在内存中。

指针操作的是地址，指针占用的空间，应该能包含全部的地址范围。即CPU寻址的最大范围。

一般32位的CPU，寻址范围值2^32 - 1，即0x0000 0000 -- 0xFFFF FFFF。所以指针变量的长度为4个字节。

在物理层面，32位的CPU，地址线为32根，即0-31。

32位的CPU，不管什么类型的指针变量，占用空间的长度都是4个字节。

指针变量操作的是地址，所以指针变量的长度应该能把所有的地址包含进来。

而变量占用的长度，与变量类型有关。

只读的量为常量，不是变量。

一些只读的"常量"，例如define的宏定义，switch中的case值，常量都放在"FLASH "中。有时编译器为了加快读的速度，也将常量放在RAM内存中，DATA段。

后半句话是对的。

加const关键字，用const定义变量，其变量的值在运行过程中不能被修改。应该会放在FALSH中（应该验证一下）。

二、sizeof和关键字

类比

char a;
int    b;

要获取a b占用的字节，直接将变量名输入到sizeof

sizeof(a);
sizeof(b);

那么要获取指针的长度，也是将指针变量名输入进入。

char * p;			//认为char*为指向char的指针类型 后面是该指针类型的变量名p
int  * p1;
//即，查找指针变量的长度，应该用
sizeof(p);
sizeof(p1);

//如果是
sizeof(*p);
sizeof(*p1);
//含义为查找类型对应的长度 即char 1字节 int 4字节

视频中，工程为STM32的工程，点击编译后，没有下载，直接点击debug，使用view的uart1，就可以查看串口printf输出的内容。

工程中没有对STM32的配置，就是简单的C，前面头文件，后面main函数。

只加一个

这个函数。

在keil中使用C语言，可以查一下。也可以看下老师的工程，看看这个函数是什么作用。

不清除是什么原理。

应该是电脑连着仿真器，直接点击debug就可以运行了，这个函数可能是将所有的函数集中封装起来了。

不下载程序，直接点击debug，应该也不行吧，还没有理解老师视频中的操作。

volatile：

从程序运行的角度i = 1;没有必要，所以编译器会将此语句给优化掉。

但是代码作者想i = 1;有特殊用处，所以加volatile，不让编译器优化i这个变量。

另一个角度：

变量char i = 0;肯定在内存RAM中，CPU在使用变量的时候，会执行读-修改-写，先将变量读到CPU内部寄存器，再修改这个值，然后再写回到RAM内存。

如果变量i用作for循环

for(i = 0;i < 100;i ++)
{
}

不加volatile，则CPU读取这个值之后，后续执行i++（修改变量），只会修改CPU寄存器中缓存（这也是CPU几级缓存的概念 为什么叫缓存）的i值，并不会去实际修改内存RAM中的值。CPU只来利用缓存中的数据，执行速度非常快。

如果加volatile，则CPU执行代码时，会将执行完i++;之后（修改变量），会将修改后的值，写回到RAM中。这样执行速度相对降低。

CPU缓存一般是SRAM，静态内存。

而RAM内存，一般指DRAM，动态内存。

静态内存SRAM执行速度比动态内存DRAM要快。

实际上，DRAM的执行速度也挺快的，

寄存器也相当于一个"变量"，实际含义应该是内存中一个具体的地址，例如0x0000 0002，芯片规定为GPIOA高低电平的寄存器。

当GPIOA0电平为1时，该寄存器的D0为1；当GPIOA0电平为0时，该寄存器的D0为0；

即硬件上，将GPIO某个引脚的电平状态，连接到此地址某一个位置上。

如果定义一个变量在0x0000 0002这个地址，那么变量的D0-D7，分别代表GPIOA0-A7的电平状态。

此部分地址一般在单片机的片内RAM中，例如32为单片机，地址范围是0x0000 0000 --- 0xFFFF FFFF

比如规定一块地址范围0x0000 0000 --- 0x2000 0000作为特殊功能寄存器地址使用

会将"变量"指定地址的方式定义在这块范围，编程时操作某一个寄存器，读或写，就是操作这一块内存。

其它地址空间供用户自定义变量使用。
参考链接
8位和32位单片机的区别

当读GPIO的寄存器"变量"时，如果不使用volitile，则可能会实际读取CPU缓存的数据，而不会实际读取内存RAM中的数据。

会导致读寄存器，而不能反应实际GPIO的状态。

所以寄存器一般加volatile关键字，每次读取GPIO寄存器，从实际的RAM内存中读取，而不是从CPU缓存寄存器中读取。

const：

此关键字修饰的变量，不能被修改，可以放在flash中也可以放在ram中。

static：

此关键字修饰的变量/函数，作用范围只在c文件内。

extern：

外部函数或变量。

从汇编的角度理解比较好。

下面图片中的方法，一个是告诉编译器，此变量在外部的c文件中被定义，本c文件可以直接使用，extern放在c中。（用的多）

另一个是告诉编译器，本c文件中的变量，将被外部的c文件使用，extern放在本c对应的h文件中，外部的c文件需要包含此h文件。

需要理解一点汇编和c的编译过程。

__weak：

三、struct

结构体是一种类型，不是变量，不会分配空间，只有变量才占空间。

sizeof(struct person); //查看结构体类型的大小(长度)

不管指针指向的类型是什么，指针类型的长度永远为4字节（32位系统，与系统的位数有关）

实际为8字节，发生了对齐。

char被扩充为4字节。（不同平台，是否对齐好像不一样，F28377D）




用奇地址访问一个字节，效率也很高
但是用奇数地址访问4字节，效率低，有些硬件平台不支持
具体可以查一下，暂时先这么理解

问题：如果不是结构体，定义char，也是分配4个字节吗？

是的，如果只定义一个char，占用4个字节，如果定义两个char，则两个char占用4个字节，浪费两个。

只不过单独定义char变量，编译器会将其它char变量放一块，看起来像是每个char只分配一个地址。

结构体成员一般在内存上是连续的，所以可以比较明显的看到char被分配了四个字节。

具体可以debug查看，可能不同平台不一样。

四、变量赋值

都是4。a是一个类型。

0x0001

0x0041

int a；

给a赋值1 和赋值 2^32 - 1。都是完整的给4个字节赋值。

上面c前面的三个地址，没有使用，所以这样写代码，在此种情况下不会产生什么问题。

如果定义两个char变量，即c前面的一个地址是另一个char变量，这样写代码便会出现问题。

好问题：

如果用*p赋值d，会影响age吗？

如果是四字节操作，感觉会影响的。

实际开发时，发生了内存错误，很难找到原因。

五、通过指针赋值

变量赋值操作和指针操作是同一个含义。

都隐含对地址的操作

前面的a = 123;

隐含着将123给到a对应的地址。

注意理解指针与变量的"等级"关系。

六、上午答疑

之前写代码的时候，用过*p = 1;这种操作，与上面图片中的代码一样。

只不过常用的是 通过指针给普通类型的变量赋值，而上面图片中为通过指针给结构体类型的变量赋值。

两者是类似的。

*p = 1; 星号运算符，为取值运算符，含义为取指针指向地址中的内容，将内容按指针类型解释。

头文件中定义一个变量，如果该头文件被include两次，将会报错：变量重复定义。

Include头文件，相当于将头文件中的内容原封不动的放在include处。

为了避免在最终的hex/bin文件中重复包含，所以一般加条件编译，既能满足c文件编写，又满足生成最后的hex/bin文件。

int类型占4个字节，变量a

假设有一个结构体类型占8个字节，变量b

一个int类型的指针，指向a的地址，因为是int类型，所以将后面4个字节(包含第一个地址)认为成此变量的占用范围。

一个8字节的结构体类型指针，指向b，因为是8个字节，所以将后面8个字节的范围，认为是该结构体变量的占用范围。

所以前面wei2结构体变量赋值的本质，就是将这n个字节，通过指针，全部赋值给了另一个结构体变量wei。

指针类型的作用，就是对首地址往后的n个字节，按指针的类型做出解释。

所以串口发送float时，可以将float做强制指针类型转换，转换为32位的无符号类型，然后再按位与，提取为4个字节，然后再通过串口逐个字节发送。

联合体的作用，与强制指针类型转换的作用相同，本质都是对首地址后面的n个字节做不同的类型解释。
不能通过指针，将一个数组完全赋值给另一个数组

数组为同一类型变量的集合，而不是 整个数组为一个数组类型。

七、结构体指针_函数指针

结构体中如何使用指针

结构体变量中，包含结构体变量本身

不行！！！

函数指针

所以，如果要定义函数指针，应该将函数名与*星号括号起来。

关键点是理解函数指针的定义形式。

推广：typedef void (*play_ball)(void)实际为为函数指针起别名，可以用play_ball定义函数指针的变量。

给函数指针赋值时，直接将函数名赋值给函数指针即可。

函数名就是地址，所以不用取地址符。

用了也没错。

变量i为变量i的内容。&i为变量的地址。

而函数名，是否加&符，效果都是一样的，都是地址。、
函数指针初始化之后，使用时直接 函数指针名（形参）；

就当做一个函数用。

CPU会在STACK中为形参开辟空间，然后跳转到真正的函数地址执行。

函数指针通常用作某种模块库封装，方便用户实现功能。

当需要通过判断，决定执行哪一个函数时，改为结构体的形式。

相当于将if逐个判断索引，改为了查表的形式。

常见的查表，是通过索引，返回一个数值，而这个是返回一个函数指针。

实现了通过索引，调用不同函数的功能。

在内存中，相当于：

索引0，函数0地址

索引1，函数1地址

索引2，函数2地址

...

本质就是一个表格，特殊的表格。

使用这种表格的形式，省去了if这样的判断语句，从而会节约硬件资源，代码占用会变小。

函数名就是一个地址，函数代码所在的入口地址。

在程序中调用一个函数，就相当于在汇编中添加call，跳转到函数的地址执行代码，执行完之后，再跳转原来的地方。

指针变量保存的就是一个地址。

函数指针，相当于通过指针预留了一个函数，此函数需要用户定义。

函数指针和函数的使用方法一样，本质上是一段函数代码，其首地址一个函数名，一个是函数指针。

函数指针，就是以指针的方式使用函数。深刻理解这段话。

函数指针的定义方式，与定义普通变量的方式有点差别。见的多了，习惯就好。

注意：函数指针，是一个指针变量，指向了一个函数。准确来说应该是一个函数指针变量。

指向函数的指针变量，简称函数指针。

普通的指针，比如指向char类型的指针变量，最常用，通常只称为指针。

再次封装：

下面这部分，不常用，再封装一次，有点理解不过来了。

这个return有点高级，返回数组成员的地址，使用了取地址符。

因为函数的返回值类型为指针，所以可以返回地址。

数组元素为结构体类型。

不常见。

八、下午答疑_关于指针

问题1




纠正：
该赋值方法不是GCC的扩展，而是C99的标准。
勾选C99之后，编译成功。

问题2

type def：类型定义，用来创建类型的，给类型起别名。

问题3

在"C语言：ESP32案例分析"文章中单独写过这个问题。

问题4

问题5

FLASH是只读的，通过指针写FLASH，CPU可以执行，但是写失败。

写FLASH之前，需要先执行擦除等操作，将FLASH恢复到默认状态，然后再写FLASH。

九、什么是链表

重要。

最后一个表的next指针为0；

可以新建一个指针，记录当前的链表。

十、链表的插入操作

链表结构体中，有一个指针指向下一个链表，称为单向链表。

若还有一个指针，指向上一个链表，称为双向链表。

链表的实质，就是指针。

视频中讲的，不是在已有的链表项A->B->C->D中添加新的链表，而是新建插入函数，通过插入函数创建A->B->C->D这个链表。

比较简单。

头部head设置为NULL，然后先插入A，形成链表，然后查询链表中的最后一个链表，逐次插入B C D。

十一、链表的删除操作

B的下线好找，在B的结构体中就记录了。

通过遍历，寻找B的上线，如果某一项的下线为B，那么这一项就是B的上线。

视频中以间谍为例，所以是上线，下线。

代码比较简单，写起来比较有意思。

十二、ARM架构与汇编的初步体验

王爽老师的《汇编语言》不错。

如何理解例子代码执行时，CPU的实际的操作步骤：(与汇编有关)

RAM架构使用精简指令集，所有的计算都在CPU中实现。

RAM可读可写，FLASH只能读。

C代码编译后，产生汇编指令，汇编指令操作码本质是一些十六进制(或者二进制)数据。

下载后，程序在FLASH中。

当程序执行时，CPU在FLASH中取指令，当取到int a = 1;时，CPU在RAM内存中开辟4字节空间，存放a的值。

当执行a = a + b时，CPU读出RAM内存中a的值，放在CPU内部的寄存器（或者称为缓存）中，然后读出b的值，计算a+b，把计算结果再放回到a的RAM地址处。

（大体是这个过程）

CPU内部的寄存器R0 -- R15，32位，用于缓存数据，所以寄存器，也可以称为缓存。

CPU内部还有有计算能力的寄存器，如ALU（算术逻辑单元 执行加减 与或非等操作）等。

缓存用于暂存数据，ALU用计算。

十三、全局变量的初始化与栈的引入

实际感受，一个嵌入式程序运行的本质是怎样的，全局变量是如何被设置的。

局部变量是在哪里？

需要看一下C的反汇编代码。

1 有初始值的全局变量，如何进行初始化？：

断电后，程序，数据都只在FLASH中。RAM CPU中都掉电消失了。

程序运行时，才会在RAM中产生变量。

1 全局变量的初值，来自FLASH。

FLASH中存放代码和数据，数据就是已初始化的全局变量的初始值。

一个定义int a = 0x12345678;对应两条汇编指令

a 从flash的某个地址，读取数据到CPU的某一个寄存器

b 将寄存器的值，赋值到RAM的某个地址。

此时便完成全局变量的定义，全局变量存在在RAM中。

此方法效率低，若有100个全局变量，每一条全局变量都对应两条汇编指令。

所以编译器实际的操作是：

将所有的全局变量初始值集中起来，作为数据段。

烧写程序时，bin或着hex等二进制文件，会被完整的复制到芯片内部的FLASH中。

当程序运行时，FLASH中的数据段，会被完整的复制到RAM中。

所以省去了将全局变量逐个复制到RAM中。

数据作为一整段，整段复制到RAM中，效率更高。

如果数据分散在FLASH的不同页上，对变量寻址，还需要修改页寄存器。数据集中在一起，也省去了这个步骤。

对这些内容有个笼统的概念即可。

看一下汇编文件。

__main的代码 应该在代码的安装包了 视频中没有继续找。

将目的地址LDR到R0

将源地址LDR到R1

将长度LDR到R2

然后跳转到 memcpy 标号处

总结：有初始值的全局变量，初始值会保存在FLASH中，初始化时，实际的执行操作，类似memcpy，将falsh中的有初始值的全局变量段，整段复制到RAM中。

2 无初始值或者初始值为0的全局变量，如何进行初始化？

这种变量，在汇编中全部在ZI段。在ZI段定义。

RAM上电时，初始值不确定（但一般是0），在对ZI段初始化时，执行类似memset的操作，将RAM对应的ZI段，全部设置为0.

相当于完成对"没有初始值的全局变量的初始化"

因为没有初始值，或者初始值为0，那么只要在初始化时，将RAM的一段空间，置为0就可以了。

与有初始值的全局变量初始化对比理解：

有初始值的全局变量会在FLASH中保存初始值。

无初始值的全局变量，初始化时，将ram置为0就可以了，不需要再FLASH中存初始值。


在进入main函数之前，会先完成 "有初始值的全局变量初始化" 和 "无初始值的全局变量的初始化"。
完成后，再进入main函数。

3 引入栈的概念

局部变量在栈中，如何理解？

CPU R14寄存器是LR寄存器，用来保存返回地址。

但是如果函数嵌套时，有多个返回地址，所以一个LR就不够用了，所以需要将返回地址保存在栈空间中。也就是RAM的一段空间中。

返回地址一定保存在LR中，LR中的值，再保存在栈空间中。

十四、局部变量的初始化

深入理解栈，理解局部变量在栈空间，需要看汇编文件。

push {r2 - r4,lr} ;将r2 r3 r4 lr的值 push到栈空间中。

；因为是32位CPU，CPU内部的寄存器为32位，所以每push一个寄存器，SP栈指针减4。

；栈空间是FIFO先入先出。栈的位置由SP指针记录。

volatile int a = 1; //初始化局部变量，翻译为汇编，对应下面两条汇编指令

MOVS R0,#0x01 ；将0x01赋值给R0寄存器。加井号是将0x01认为是数值(一个立即数)，而不是地址。（RAM汇编和x86汇编立即数的方表示方式不同，此处是RAM架构下的汇编。）（实际编程中，需要查看所用芯片的架构，架构不同，汇编语法也有所不同）

STR R0,[ SP , #0x04] ；将R0的值，STR存储到SP + 4的地址处。也就是下图中R3的位置。 [ SP , #0x04]为SP + 0X04。加星号为立即数。

可以看到，有初值的全局变量在DATA段中，初始化时，将data段整段cpy到RAM内存中。
而有初值/无初值的全局变量，定义时，不会连续cpy到一段内存中，而是每一条局部变量定义，都对应像上面的两条汇编语句。
所以相对于全局变量初始化，局部变量初始化的效率会低很多。

push {r2 - r4,lr} ;将r2 r3 r4 lr的值 push到栈空间中。

后面又STR R0,[ SP , #0x04]

导致R3的位置又被占用

意思是，前面push r3到栈中，后面又占用了R3保存在stack中的值

没问题，这涉及到

push {r2 - r4,lr} 是想在栈中占个位置。

有个大概的概念即可，暂时不深究了。

有初值的变量，其初值都会保存在代码中，也就是会占用一部分FALSH空间。

断断续续 看了很久 完结撒花