來源：最后一個bug

作者：bug菌

首先聊一聊

大家都知道進行單片機編程和計算機編程有個最大的差別就是單片機的資源非常的有限，并且對于大部分低端單片機而言都沒有操作系統(tǒng)。除了一些嵌入式級的芯片用了Linux系統(tǒng)外，其他大部分操作都是比較簡單的RTOS，可能還有一些簡單的應(yīng)用或者芯片根本不用系統(tǒng)，直接是裸機程序。

不過大部分單片機編程都與硬件密切的結(jié)合，這樣工程師能夠?qū)Ξ斍暗捻椖繉ο笥懈嗟陌芽啬芰屠斫饽芰Α５怯捎谒暮唵危覀兤綍r在工作中往往需要控制一個項目的成本，對于單片機的選型和資源的評估都是非常謹慎；同樣隨著我們項目功能的不斷擴展，也會讓系統(tǒng)程序逐步變得龐大，這時候資源的使用就更需要節(jié)約點用了。

所以當資源受限制（一般的單片機RAM也就Kb級別），比如說單片機RAM不夠了，即使你有再牛的算法可能也無法加入到項目中來，那么有些同志們會問，那換芯片不就可以了嗎？我只想說這位同志你想多了，對于不怎么熱賣產(chǎn)品或者不規(guī)范的公司可能還允許你試一試，可是一般的公司項目卡著走的，換了主控芯片，暫且不說軟件上的移植工作，換了芯片成本上必定增加，產(chǎn)品的測試都得重新規(guī)劃，老板領(lǐng)導(dǎo)可不愿意了。

那么主控芯片換不了我們還有什么辦法呢？那我們應(yīng)該從原本的程序中擠出資源來使用了，下面我總結(jié)了幾種常總方法供大家參考。（具體內(nèi)容可以網(wǎng)絡(luò)查找）

02

共聯(lián)體-union

union-共聯(lián)體，是C語言常用得關(guān)鍵字。從字面上的意思就是共同聯(lián)合在一起的意思，union所有的成員共同維護一段能夠內(nèi)存空間，其內(nèi)存的大小取決于所有成員中占用空間最大的成員。

union結(jié)構(gòu)體由于是共用同一片內(nèi)存可以大大節(jié)省內(nèi)存空間，那一般什么情況下使用union？又或者union還有什么特點？下面我將用幾點為大家解答。

1）所有的union的成員及本身的地址是一樣的。

2）union的存儲模型受大小端的影響，我們可以通過下面的代碼進行測試。（如果輸出結(jié)果為1，表示小端模式，否則為大端模式）

大端模式（Big_endian）：一個數(shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址，低字節(jié)存儲在高地址。其指針指向的首地址位于低地址。

小端模式（Little_endian）：一個數(shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在高地址，低字節(jié)存儲在低地址。其指針指向的首地址位于高地址。

3）union不同于結(jié)構(gòu)體struct，union對成員的改變可能會影響到其他成員變量，所以我們要形成一種互斥使用，比如說我們的順序執(zhí)行其實就是每個代碼都是互斥的，所以我們可以用union進行函數(shù)處理緩存等。（個人覺得也可以認為是分時復(fù)用，并且是不會受內(nèi)存初值影響的處理）

#include《stdio.h》typedef union _tag_test{ char a; int b;}uTest;uTest test;unsigned char Checktype（void）;int main（void）{ printf（“%x\n”，（unsigned int）&test.a）; printf（“%x\n”，（unsigned int）&test.b）; printf（“%x\n”，（unsigned int）&test）; printf（“%d\n”，Checktype（））; } unsigned char Checktype（void）{ uTest chk; chk.b = 0x01; if（chk.a == 0x01）return 1; return 0; }

03

位域

位域可能對于初學者用得比較少，不過對于大部分參加工作的工程師應(yīng)該屢見不鮮了，確實它也是我們省內(nèi)存的神器。

因為在我們平時編程過程中，我們使用的變量與實際情況是息息相關(guān)的，就比如說開關(guān)的狀態(tài)，我們一般就是0或者是1分別表示打開和關(guān)閉，那么我們用一個bit就能表示，假如說我們用一個char來存儲就幾乎浪費了7個bit，如果以后也有類似的的情況，那么大部分內(nèi)存都得不到有效的應(yīng)用。所以C語言的位域就是用來解決這個問題。

不過我們需要注意如下幾點：

1）位域是在結(jié)構(gòu)體中實現(xiàn)的，其中位域規(guī)定的長度不能超過所定義類型，且一個位域只能定義在同一個存儲單元中。

2）無名位域的使用，可以看下面的代碼。

3）由于位域與數(shù)據(jù)類型有關(guān)系，那么他的內(nèi)存占用情況也與平臺的位數(shù)相關(guān)。（相關(guān)內(nèi)容可網(wǎng)絡(luò)查找）

#include《stdio.h》//結(jié)果：編譯通過//原因：常規(guī)形式（結(jié)構(gòu)體占用兩個字節(jié)）typedef struct _tag_test1{ char a:1; char b:1; char c:1; char d:6;}sTest1;//結(jié)果：編譯無法通過//原因：d的位域長度10超過了char類型長度/*typedef struct _tag_test2{ char a:1; char b:1; char c:1; char d:10;}sTest2;*///結(jié)果：編譯可通過//原因：下面使用無名位域，且占8個字節(jié)typedef struct _tag_test3{ int a:1; int b:1; int ：0;//無名位域 int c:1;}sTest3;int main（void）{ printf（“%d\n”，sizeof（sTest1））; printf（“%d\n”，sizeof（sTest3））; printf（“歡迎關(guān)注公眾號：最后一個bug\n”）; }

04結(jié)構(gòu)體對齊

結(jié)構(gòu)體對齊問題可能大部分人關(guān)注的不是很多，可能在通訊領(lǐng)域進行內(nèi)存的copy時候接觸得比較多。結(jié)構(gòu)體對齊問題也是與平臺相關(guān)，CPU為了提高訪問內(nèi)存的效率，一次性可能讀取2個字節(jié)，4個字節(jié)，8個字節(jié)等，所以編譯器會自動對結(jié)構(gòu)體內(nèi)存進行對齊。

廢話不多說，代碼說明一切：

#include《stdio.h》#pragma pack（1）//有字節(jié)對齊預(yù)編譯結(jié)果為：12，8//無字節(jié)對齊預(yù)編譯結(jié)果為：6，6typedef struct _tag_test1{ char a; int b; char c;}STest1;typedef struct _tag_test2{ int b; char a; char c;}STest2;int main（void）{ printf（“%d\n”，sizeof（STest1））; printf（“%d\n”，sizeof（STest2））; printf（“歡迎關(guān)注公眾號：最后一個bug\n”）; }

05

算法優(yōu)化

算法優(yōu)化其實主要是我們通過修改一些算法的實現(xiàn)一種效率與內(nèi)存使用的一個平衡，我們都知道我們的算法都存在著復(fù)雜度的問題，我們大部分高效率的算法都是通過使用內(nèi)存來換效率，也就是一種用空間換時間的概念。那么當我們內(nèi)存使用有限的時候我們可以適當?shù)挠脮r間來換空間的方法，騰出更多的空間來實現(xiàn)更多的功能。

同樣我們在進行相關(guān)設(shè)計的時候可以盡量使用局部變量來減少全局變量的使用！

06

利用const

1、const的使用

關(guān)于const的用法應(yīng)該是老生常談的知識點了，如果還有不是特別清楚的小伙伴可以參考《 一文搞定C語言const關(guān)鍵字 》一文，bug菌就不重復(fù)造輪子了，直接以stm32單片機為例看看const變量的的存儲方式。

參考demo：

#include “led.h” #include “delay.h” #include “usart.h” #define DEV_NUM_MAX （3） #define DEV_PARAM_MAX （2） typedef struct _tag_DevParam{ char* Name; //設(shè)備名稱 uint32_t Param［DEV_PARAM_MAX］; //設(shè)備參數(shù)}sDevParam; const sDevParam stDevParam［DEV_NUM_MAX］ = { {“Uart1”，57600，0}， {“Uart2”，57600，1}， {“CAN”，1000000，0}， };/*************************************** * Fuction：const內(nèi)存分配測試 * Author ：bug菌 **************************************/ int main（void） { uint8_t t = 0; uint8_t devCnt = 0; delay_init（）; //延時函數(shù)初始化 uart_init（115200）; //串口初始化 printf（“\n*******************const Test*******************\r\n”）; for（devCnt = 0 ;devCnt 《 DEV_NUM_MAX;devCnt++） { printf（“DevName = %s，Param1 = %d，Param2 = %d\r\n”，stDevParam［devCnt］.Name，\ stDevParam［devCnt］.Param［0］，\ stDevParam［devCnt］.Param［1］）; } printf（“stDevParam Size ： %d \r\n”，sizeof（stDevParam））; printf（“stDevParam Addr ： 0x%X \r\n”，stDevParam）; printf（“\n***********歡迎關(guān)注公眾號：最后一個bug************\n”）; while（1） { delay_ms（10）; if（++t 》 150）{LED0=0;}else{LED0=1;} } }

運行結(jié)果：

分析一下：

對于stm32的所有存儲映像都在對應(yīng)工程所編譯生成的.map文件中，對.map文件（其文件在工程目錄中）的熟悉度就在一定程度上彰顯你對stm32單片機的熟練程度。

程序編譯成功以后，就可以直接在map文件中查找const修飾的數(shù)組名，從而得到如下結(jié)果：

從上圖我們了解到其stDevParam變量位置0x080016b8數(shù)據(jù)區(qū)且位于（.contdata段--只讀數(shù)據(jù)段）并占用了36個字節(jié)，與我們串口輸出結(jié)果是相符合的。

2、const數(shù)據(jù)的存儲

通過上面的測試程序顯示了const數(shù)據(jù)的存儲位置，那么我們看一下該位置位于stm32的哪塊存儲區(qū)域，是RAM還是FLASH？

因為我們節(jié)省內(nèi)存主要就是通過占用更小的RAM來實現(xiàn)相同的項目需求，那么對于MCU而言最好就是的借助Flash，通過時間來置換空間，拿出對應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊看看這些存儲范圍是如何分配的。

上圖來源于ST手冊Memory Mapping

很明顯前一節(jié)測試的const stDevParam變量位置0x080016b8處，正好處于FLASH存儲位置，所以其并沒有占用RAM資源。

3、const數(shù)據(jù)使用

很多寫單片機程序的小伙伴都喜歡把一些只讀的變量用全局變量來保存，然而這些變量基本上只保存一些參數(shù)，這對于單片機的RAM資源是非常浪費的。

bug菌曾經(jīng)接手過一個前同事項目，怎么說呢？可能這個項目他也是接手別人的，該項目MCU還外部擴展了一個16M的SDRAM，大家都覺得反正RAM大，變量隨便定，也不去管數(shù)據(jù)范圍，動不動就float，double，真的是牛。

直到bug菌接手內(nèi)存占用率已高達95%，后面稍微添加一些需求感覺RAM就要爆掉了，沒辦法這樣下去終究會出問題，于是申請了代碼重構(gòu)，通過優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)、設(shè)計等RAM占用率直接降到了50%左右，可以想象一下之前的開發(fā)人員是多么的任性。

所以一句話說得好“前人栽樹，后人乘涼；前人挖坑，后人入fen”。前面我們分析了stm32的const數(shù)據(jù)位于Flash上，一般Flash都會比RAM打上好幾倍：（如下圖所示：）

上圖來源于ST官網(wǎng)

這樣對于一些預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)等等都可以整理以后統(tǒng)一放到類似于前面demo中這樣的結(jié)構(gòu)體數(shù)組中，從而可以大大減少對RAM的占用。

注意一點的是 ： 訪問RAM一般來說會比訪問Flash要快一些，然而大部分項目對于這樣的差異影響非常之小，后面bug菌會為大家再帶來一篇文章講講這塊的知識。