嵌入式C語言詳解

1、1 / 8這個測試適于不同水平的應(yīng)試者，大多數(shù)初級水平的應(yīng)試者的成績會很差，經(jīng)驗豐富的程 序員應(yīng)該有很好的成績。 為了讓你能自己決定某些問題的偏好， 每個問題沒有分配分?jǐn)?shù)， 如 果選擇這些考題為你所用，請自行按你的意思分配分?jǐn)?shù)。預(yù)處理器 (Preprocessor)1 .用預(yù)處理指令#define聲明一個常數(shù)，用以表明1年中有多少秒(忽略閏年問題)#defineSECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL我在這想看到幾件事情：1) #define語法的基本知識(例如：不能以分號結(jié)束，括號的使用，等等)2)懂得預(yù)處理器將為你計算常數(shù)表達(dá)式的值，因此， 直接寫出你

2、是如何計算一年中有多少秒而不是計算出實際的值，是更清晰而沒有代價的。3)意識到這個表達(dá)式將使一個16位機的整型數(shù)溢出-因此要用到長整型符號L,告訴編譯器這個常數(shù)是的長整型數(shù)。4)如果你在你的表達(dá)式中用到UL(表示無符號長整型)，那么你有了一個好的起點。記住，第一印象很重要。2 .寫一個標(biāo)準(zhǔn)宏MIN，這個宏輸入兩個參數(shù)并返回較小的一個。#define MIN(A,B)(A)= (B) ? (A) : (B)這個測試是為下面的目的而設(shè)的：1)標(biāo)識#define在宏中應(yīng)用的基本知識。這是很重要的。因為在 嵌入(inline)操作符 變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)C的一部分之前， 宏是方便產(chǎn)生嵌入代碼的唯一方法， 對于嵌入

3、式系統(tǒng)來說， 為了能達(dá)到要 求的性能，嵌入代碼經(jīng)常是必須的方法。2)三重條件操作符的知識。這個操作符存在C語言中的原因是它使得編譯器能產(chǎn)生比if-then-else更優(yōu)化的代碼，了解這個用法是很重要的。3)懂得在宏中小心地把參數(shù)用括號括起來4)我也用這個問題開始討論宏的副作用，例如：當(dāng)你寫下面的代碼時會發(fā)生什么事？least = MIN(*p+, b);3.預(yù)處理器標(biāo)識#error的目的是什么？如果你不知道答案，請看參考文獻(xiàn)1。這問題對區(qū)分一個正常的伙計和一個書呆子是很有用 的。只有書呆子才會讀C語言課本的附錄去找出象這種問題的答案。當(dāng)然如果你不是在找 一個書呆子，那么應(yīng)試者最好希望自己不要知

4、道答案。死循環(huán) (Infinite loops)4.嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常要用到無限循環(huán)，你怎么樣用C編寫死循環(huán)呢？ 這個問題用幾個解決方案。我首選的方案是：1.while(1)2.3.4.一些程序員更喜歡如下方案：1.for(;)2.3.2 / 84.這個實現(xiàn)方式讓我為難， 因為這個語法沒有確切表達(dá)到底怎么回事。 如果一個應(yīng)試者給出這個作為方案， 我將用這個作為一個機會去探究他們這樣做的基本原理。 如果他們的基本答案 是：我被教著這樣做，但從沒有想到過為什么。這會給我留下一個壞印象。第三個方案是用goto1.Loop:2.3.goto Loop;應(yīng)試者如給出上面的方案， 這說明或者他是一個匯編語言

5、程序員 (這也許是好事) 或者他是 一個想進(jìn)入新領(lǐng)域的BASIC/FORTRAN程序員。數(shù)據(jù)聲明 (Data declarations)5.用變量a給出下面的定義a)一個整型數(shù)(An integer)b)個指向整型數(shù)的指針(A pointer to an integer)c)一個指向指針的的指針，它指向的指針是指向一個整型數(shù)(A pointer to a pointer to anintege)rd)個有10個整型數(shù)的數(shù)組(An array of 10 integers)e)一個有10個指針的數(shù)組， 該指針是指向一個整型數(shù)的。 (An array of 10 pointers to integ

6、ers)f)一個指向有10個整型數(shù)數(shù)組的指針(A pointer to an array of 10 integers)g)一個指向函數(shù)的指針，該函數(shù)有一個整型參數(shù)并返回一個整型數(shù)(A pointer to a functionthat takes an integer as an argument and returns an integer)h)個有10個指針的數(shù)組，該指針指向一個函數(shù)，該函數(shù)有一個整型參數(shù)并返回一個整型數(shù)(An array of ten pointers tofunctions that take an integer argument and return an int

7、eger) 答案是：1.a) int a; / An integer2.b) int *a; / A pointer to an integer3.c) int *a; / A pointer to a pointer to an integer4.d) int a10; / An array of 10 integers5.e) int *a10; / An array of 10 pointers to integers6.f) int (*a)10; / A pointer to an array of 10 integers7.g) int (*a)(int); / A pointer

8、 to a function a that takes an integer argument and returns an integer8.h) int (*a10)(int); / An array of 10 pointers to functions that take an integer argument andreturn an integer人們經(jīng)常聲稱這里有幾個問題是那種要翻一下書才能回答的問題，我同意這種說法。 當(dāng)我寫這篇文章時，為了確定語法的正確性，我的確查了一下書。但是當(dāng)我被面試的時候，我期望 被問到這個問題（或者相近的問題） 。因為在被面試的這段時間里，我確定我知道

9、這個問題 的答案。應(yīng)試者如果不知道所有的答案（或至少大部分答案） ，那么也就沒有為這次面試做 準(zhǔn)備，如果該面試者沒有為這次面試做準(zhǔn)備，那么他又能為什么出準(zhǔn)備呢？Static3 / 86.關(guān)鍵字static的作用是什么？ 這個簡單的問題很少有人能回答完全。在C語言中，關(guān)鍵字static有三個明顯的作用：1）在函數(shù)體，一個被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數(shù)被調(diào)用過程中維持其值不變。2）在模塊內(nèi)（但在函數(shù)體外） ，一個被聲明為靜態(tài)的變量可以被模塊內(nèi)所用函數(shù)訪問，但不 能被模塊外其它函數(shù)訪問。它是一個本地的全局變量。3）在模塊內(nèi)，一個被聲明為靜態(tài)的函數(shù)只可被這一模塊內(nèi)的其它函數(shù)調(diào)用。那就是，這個 函數(shù)被限制

10、在聲明它的模塊的本地范圍內(nèi)使用。大多數(shù)應(yīng)試者能正確回答第一部分， 一部分能正確回答第二部分， 同是很少的人能懂得第三 部分。這是一個應(yīng)試者的嚴(yán)重的缺點， 因為他顯然不懂得本地化數(shù)據(jù)和代碼范圍的好處和重 要性。Const7關(guān)鍵字const有什么含意？ 我只要一聽到被面試者說：const意味著常數(shù)，我就知道我正在和一個業(yè)余者打交道。去年Da nSaks已經(jīng)在他的文章里完全概括了con st的所有用法，因此ESP（譯者：EmbeddedSystemsProgrammi ng）的每一位讀者應(yīng)該非常熟悉con st能做什么和不能做什么如果你從沒有讀到那篇文章，只要能說出con st意味著”只讀就可以了。

11、盡管這個答案不是完全的答案， 但我接受它作為一個正確的答案。 （如果你想知道更詳細(xì)的答案，仔細(xì)讀一下Saks的文章 吧。）如果應(yīng)試者能正確回答這個問題，我將問他一個附加的問題： 下面的聲明都是什么意思？1.const int a;2.int const a;3.const int*a;4.int * const a;5.int const* a const;/*/前兩個的作用是一樣，a是一個常整型數(shù)。第三個意味著a是一個指向常整型數(shù)的指針（也就是，整型數(shù)是不可修改的，但指針可以）。第四個意思a是一個指向整型數(shù)的常指針（也就是說，指針指向的整型數(shù)是可以修改的，但指針是不可修改的）。最后一個意味著

12、a是一個指向常整型數(shù)的常指針 （也就是說， 指針指向的整型數(shù)是不可修改的， 同時指針也是不可 修改的）。如果應(yīng)試者能正確回答這些問題， 那么他就給我留下了一個好印象。 順帶提一句， 也許你可能會問，即使不用關(guān)鍵字con st，也還是能很容易寫出功能正確的程序，那么我為什么還要如此看重關(guān)鍵字const呢？我也如下的幾下理由：1）關(guān)鍵字con st的作用是為給讀你代碼的人傳達(dá)非常有用的信息，實際上，聲明一個參數(shù)為常量是為了告訴了用戶這個參數(shù)的應(yīng)用目的。如果你曾花很多時間清理其它人留下的垃圾， 你就會很快學(xué)會感謝這點多余的信息。 （當(dāng)然，懂得用const的程序員很少會留下的垃圾讓 別人來清理的。 ）

13、2）通過給優(yōu)化器一些附加的信息，使用關(guān)鍵字const也許能產(chǎn)生更緊湊的代碼。3）合理地使用關(guān)鍵字con st可以使編譯器很自然地保護(hù)那些不希望被改變的參數(shù)，防止其被無意的代碼修改。簡而言之，這樣可以減少bug的出現(xiàn)。Volatile8.關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個不同的例子。4.4 / 8一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會去假 設(shè)這個變量的值了。精確地說就是， 優(yōu)化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這 個變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個例子：1)并行設(shè)備的硬件寄存器(如：狀態(tài)寄存

14、器)2)一個中斷服務(wù)子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automatic variables)3)多線程應(yīng)用中被幾個任務(wù)共享的變量 回答不出這個問題的人是不會被雇傭的。我認(rèn)為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的 最基本的問題。搞嵌入式的家伙們經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所有這些都要求 用到volatile變量。不懂得volatile的內(nèi)容將會帶來災(zāi)難。假設(shè)被面試者正確地回答了這是問題(嗯，懷疑是否會是這樣) ，我將稍微深究一下，看一 下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。1)一個參數(shù)既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什么。2);一個指針可以是vol

15、atile嗎？解釋為什么。3);下面的函數(shù)有什么錯誤：1.int square(volatile int *ptr)2.3.return *ptr * *ptr;4.下面是答案：1)是的。一個例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應(yīng)該試圖去修改它。2);是的。盡管這并不很常見。一個例子是當(dāng)一個中服務(wù)子程序修該一個指向一個buffer的 指針時。3)這段代碼有點變態(tài)。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一個volatile型參數(shù)，編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼：1.int square(volatile in

16、t *ptr)2.3.int a,b;4.a = *ptr;5.b = *ptr;6.return a * b;7.由于*ptr的值可能被意想不到地該變，因此a和b可能是不同的。結(jié)果，這段代碼可能返不是你所期望的平方值！正確的代碼如下：1.long square(volatile int *ptr)2.3.int a;a = *ptr;5 / 86.位操作 (Bit manipulation)9.嵌入式系統(tǒng)總是要用戶對變量或寄存器進(jìn)行位操作。給定一個整型變量a,寫兩段代碼，第一個設(shè)置a的bit 3，第二個清除a的bit 3。在以上兩個操作中，要保持其它位不變。 對這個問題有三種基本的反應(yīng)1)不

17、知道如何下手。該被面者從沒做過任何嵌入式系統(tǒng)的工作。2)用bit fields。Bitfields是被扔到C語言死角的東西, 它保證你的代碼在不同編譯器之間是 不可移植的, 同時也保證了的你的代碼是不可重用的。 我最近不幸看到Infineon為其較復(fù)雜 的通信芯片寫的驅(qū)動程序, 它用到了bit fields因此完全對我無用, 因為我的編譯器用其它的 方式來實現(xiàn)bitfields的。從道德講：永遠(yuǎn)不要讓一個非嵌入式的家伙粘實際硬件的邊。3)用#defines和bit masks操作。這是一個有極高可移植性的方法, 是應(yīng)該被用到的方法。 最佳的解決方案如下：1. #define BIT3 (0 x

18、1 6) ? puts( 6) : puts(6。原因是當(dāng)表達(dá)式中存在有符號類 型和無符號類型時所有的操作數(shù)都自動轉(zhuǎn)換為無符號類型。因此-20變成了一個非常大的正 整數(shù)，所以該表達(dá)式計算出的結(jié)果大于6。這一點對于應(yīng)當(dāng)頻繁用到無符號數(shù)據(jù)類型的嵌入式系統(tǒng)來說是豐常重要的。如果你答錯了這個問題，你也就到了得不到這份工作的邊緣。13.評價下面的代碼片斷：1. unsigned int zero = 0;2. unsigned int compzero = 0 xFFFF;3./*1s complement of zero */1.7 / 8對于一個int型不是16位的處理器為說，上面的代碼是不正確的。

19、應(yīng)編寫如下：unsigned int compzero = 0;這一問題真正能揭露出應(yīng)試者是否懂得處理器字長的重要性。在我的經(jīng)驗里，好的嵌入式程 序員非常準(zhǔn)確地明白硬件的細(xì)節(jié)和它的局限， 然而PC機程序往往把硬件作為一個無法避免 的煩惱。到了這個階段， 應(yīng)試者或者完全垂頭喪氣了或者信心滿滿志在必得。 如果顯然應(yīng)試者不是很 好，那么這個測試就在這里結(jié)束了。 但如果顯然應(yīng)試者做得不錯， 那么我就扔出下面的追加 問題， 這些問題是比較難的，我想僅僅非常優(yōu)秀的應(yīng)試者能做得不錯。 提出這些問題， 我希 望更多看到應(yīng)試者應(yīng)付問題的方法，而不是答案。不管如何，你就當(dāng)是這個娛樂吧.動態(tài)內(nèi)存分配 （Dynami

20、c memory allocation）14.盡管不像非嵌入式計算機那么常見，嵌入式系統(tǒng)還是有從堆（heap）中動態(tài)分配內(nèi)存的過程的。那么嵌入式系統(tǒng)中，動態(tài)分配內(nèi)存可能發(fā)生的問題是什么？這里， 我期望應(yīng)試者能提到內(nèi)存碎片，碎片收集的問題， 變量的持行時間等等。這個主題已 經(jīng)在ESP雜志中被廣泛地討論過了（主要是P.J.PIauger,他的解釋遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我這里能提到的任何解釋），所有回過頭看一下這些雜志吧！讓應(yīng)試者進(jìn)入一種虛假的安全感覺后，我拿出 這么一個小節(jié)目：面的代碼片段的輸出是什么，為什么？1.char *ptr;2.if (ptr = (char *)maIIoc(0) = NULL)3.

21、puts(Got a nuII pointer);4.eIse5.puts(Got a vaIid pointer);這是一個有趣的問題。 最近在我的一個同事不經(jīng)意把0值傳給了函數(shù)maIIoc，得到了一個合 法的指針之后，我才想到這個問題。 這就是上面的代碼， 該代碼的輸出是Got a vaIidpointer。 我用這個來開始討論這樣的一問題， 看看被面試者是否想到庫例程這樣做是正確。 得到正確 的答案固然重要，但解決問題的方法和你做決定的基本原理更重要些。Typedef15 Typedef在C語言中頻繁用以聲明一個已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)類型的同義字。也可以用預(yù)處理 器做類似的事。例如，思考一下下面的例子：1.#define dPS struct s *2.typedef struct s * tPS;以上兩種情況的意圖都是要定義dPS和tPS作為一個指向結(jié)構(gòu)s指針。哪種方法更好呢？ （如果有的話）為什么？這是一