引言怎么才能做好嵌入式開發(fā)？學(xué)好C語言吧！今天就來推薦一篇大佬寫的嵌入式C語言知識點(diǎn)總結(jié)。C語言中的關(guān)鍵字 C語言中的關(guān)鍵字按照功能分為：

數(shù)據(jù)類型(常用char, short, int, long, unsigned, float, double)

運(yùn)算和表達(dá)式(=, +, -, *, while, do-while, if, goto, switch-case)

數(shù)據(jù)存儲(auto， static， extern，const， register，volatile，restricted)，

結(jié)構(gòu)(struct, enum, union,typedef),

位操作和邏輯運(yùn)算(<<, >>, &, |, ~，^, &&)，

預(yù)處理(#define, #include, #error，#if...#elif...#else...#endif等)，

平臺擴(kuò)展關(guān)鍵字(__asm, __inline，__syscall)

這些關(guān)鍵字共同構(gòu)成了嵌入式平臺的C語言語法。嵌入式的應(yīng)用從邏輯上可以抽象為三個部分：

數(shù)據(jù)的輸入，如傳感器，信號，接口輸入

數(shù)據(jù)的處理，如協(xié)議的解碼和封包，AD采樣值的轉(zhuǎn)換等

數(shù)據(jù)的輸出，如GUI的顯示，輸出的引腳狀態(tài)，DA的輸出控制電壓，PWM波的占空比等

對于數(shù)據(jù)的管理就貫穿著整個嵌入式應(yīng)用的開發(fā)，它包含數(shù)據(jù)類型，存儲空間管理，位和邏輯操作，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，C語言從語法上支撐上述功能的實(shí)現(xiàn)，并提供相應(yīng)的優(yōu)化機(jī)制，以應(yīng)對嵌入式下更受限的資源環(huán)境。數(shù)據(jù)類型C語言支持常用的字符型，整型，浮點(diǎn)型變量，有些編譯器如keil還擴(kuò)展支持bit(位)和sfr(寄存器)等數(shù)據(jù)類型來滿足特殊的地址操作。C語言只規(guī)定了每種基本數(shù)據(jù)類型的最小取值范圍，因此在不同芯片平臺上相同類型可能占用不同長度的存儲空間，這就需要在代碼實(shí)現(xiàn)時考慮后續(xù)移植的兼容性，而C語言提供的typedef就是用于處理這種情況的關(guān)鍵字，在大部分支持跨平臺的軟件項(xiàng)目中被采用，典型的如下:

typedef unsigned char uint8_t;typedef unsigned short uint16_t;typedef unsigned int uint32_t;......typedef signed int int32_t;既然不同平臺的基本數(shù)據(jù)寬度不同，那么如何確定當(dāng)前平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型如int的寬度，這就需要C語言提供的接口sizeof，實(shí)現(xiàn)如下。

printf("int size:%d, short size:%d, char size:%d ", sizeof(int), sizeof(char), sizeof(short)); 這里還有重要的知識點(diǎn)，就是指針的寬度，如：

char *p；printf("point p size:%d ", sizeof(p));其實(shí)這就和芯片的可尋址寬度有關(guān)，如32位MCU的寬度就是4，64位MCU的寬度就是8，在有些時候這也是查看MCU位寬比較簡單的方式。內(nèi)存管理和存儲架構(gòu) C語言允許程序變量在定義時就確定內(nèi)存地址，通過作用域，以及關(guān)鍵字extern，static，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)的處理機(jī)制，按照在硬件的區(qū)域不同，內(nèi)存分配有三種方式(節(jié)選自C++高質(zhì)量編程)：

從靜態(tài)存儲區(qū)域分配。內(nèi)存在程序編譯的時候就已經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序的整個運(yùn)行期間都存在。例如全局變量，static 變量。

在棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時這些存儲單元自動被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中 ，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。

從堆上分配，亦稱動態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時候用 malloc 或 new 申請任意多少的內(nèi)存，程序員自己負(fù)責(zé)在何時用 free 或 delete 釋放內(nèi)存。動態(tài)內(nèi)存的生存期由程序員決定，使用非常靈活，但同時遇到問題也最多。

這里先看個簡單的C語言實(shí)例。

//main.c#include #include static int st_val; //靜態(tài)全局變量 -- 靜態(tài)存儲區(qū)int ex_val; //全局變量 -- 靜態(tài)存儲區(qū)int main(void){ int a = 0; //局部變量 -- 棧上申請 int *ptr = NULL; //指針變量 static int local_st_val = 0; //靜態(tài)變量 local_st_val += 1; a = local_st_val; ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); //從堆上申請空間 if(ptr != NULL) { printf("*p value:%d", *ptr); free(ptr); ptr = NULL; //free后需要將ptr置空，否則會導(dǎo)致后續(xù)ptr的校驗(yàn)失效，出現(xiàn)野指針 } }C語言的作用域不僅描述了標(biāo)識符的可訪問的區(qū)域，其實(shí)也規(guī)定了變量的存儲區(qū)域，在文件作用域的變量st_val和ex_val被分配到靜態(tài)存儲區(qū)，其中static關(guān)鍵字主要限定變量能否被其它文件訪問，而代碼塊作用域中的變量a, ptr和local_st_val則要根據(jù)類型的不同，分配到不同的區(qū)域，其中a是局部變量，被分配到棧中，ptr作為指針，由malloc分配空間，因此定義在堆中，而local_st_val則被關(guān)鍵字限定，表示分配到靜態(tài)存儲區(qū)，這里就涉及到重要知識點(diǎn)，static在文件作用域和代碼塊作用域的意義是不同的：在文件作用域用于限定函數(shù)和變量的外部鏈接性(能否被其它文件訪問), 在代碼塊作用域則用于將變量分配到靜態(tài)存儲區(qū)。 對于C語言，如果理解上述知識對于內(nèi)存管理基本就足夠，但對于嵌入式C來說，定義一個變量，它不一定在內(nèi)存(SRAM)中，也有可能在FLASH空間，或直接由寄存器存儲(register定義變量或者高優(yōu)化等級下的部分局部變量)，如定義為const的全局變量定義在FLASH中，定義為register的局部變量會被優(yōu)化到直接放在通用寄存器中，在優(yōu)化運(yùn)行速度，或者存儲受限時，理解這部分知識對于代碼的維護(hù)就很有意義。此外，嵌入式C語言的編譯器中會擴(kuò)展內(nèi)存管理機(jī)制，如支持分散加載機(jī)制和__attribute__((section("用戶定義區(qū)域")))，允許指定變量存儲在特殊的區(qū)域如(SDRAM, SQI FLASH), 這強(qiáng)化了對內(nèi)存的管理，以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境場景和需求。

LD_ROM 0x00800000 0x10000 { ;load region size_region EX_ROM 0x00800000 0x10000 { ;load address = execution address *.o (RESET, +First) *(InRoot$$Sections) .ANY (+RO) } EX_RAM 0x20000000 0xC000 { ;rw Data .ANY (+RW +ZI) } EX_RAM1 0x2000C000 0x2000 { .ANY(MySection) } EX_RAM2 0x40000000 0x20000{ .ANY(Sdram) }} int a[10] __attribute__((section("Mysection")));int b[100] __attribute__((section("Sdram"))); 采用這種方式，我們就可以將變量指定到需要的區(qū)域，這在某些情況下是必須的，如做GUI或者網(wǎng)頁時因?yàn)橐鎯Υ罅繄D片和文檔，內(nèi)部FLASH空間可能不足，這時就可以將變量聲明到外部區(qū)域，另外內(nèi)存中某些部分的數(shù)據(jù)比較重要，為了避免被其它內(nèi)容覆蓋，可能需要單獨(dú)劃分SRAM區(qū)域，避免被誤修改導(dǎo)致致命性的錯誤，這些經(jīng)驗(yàn)在實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)中是常用且重要，不過因?yàn)槠颍@里只簡略的提供例子，如果工作中遇到這種需求，建議詳細(xì)去了解下。 至于堆的使用，對于嵌入式Linux來說，使用起來和標(biāo)準(zhǔn)C語言一致，注意malloc后的檢查，釋放后記得置空，避免"野指針“，不過對于資源受限的單片機(jī)來說，使用malloc的場景一般較少，如果需要頻繁申請內(nèi)存塊的場景，都會構(gòu)建基于靜態(tài)存儲區(qū)和內(nèi)存塊分割的一套內(nèi)存管理機(jī)制，一方面效率會更高(用固定大小的塊提前分割，在使用時直接查找編號處理)，另一方面對于內(nèi)存塊的使用可控，可以有效避免內(nèi)存碎片的問題，常見的如RTOS和網(wǎng)絡(luò)LWIP都是采用這種機(jī)制，我個人習(xí)慣也采用這種方式，所以關(guān)于堆的細(xì)節(jié)不在描述，如果希望了解，可以參考中關(guān)于存儲相關(guān)的說明。指針和數(shù)組數(shù)組和指針往往是引起程序bug的主要原因，如數(shù)組越界，指針越界，非法地址訪問，非對齊訪問，這些問題背后往往都有指針和數(shù)組的影子，因此理解和掌握指針和數(shù)組，是成為合格C語言開發(fā)者的必經(jīng)之路。 數(shù)組是由相同類型元素構(gòu)成，當(dāng)它被聲明時，編譯器就根據(jù)內(nèi)部元素的特性在內(nèi)存中分配一段空間，另外C語言也提供多維數(shù)組，以應(yīng)對特殊場景的需求，而指針則是提供使用地址的符號方法，只有指向具體的地址才有意義，C語言的指針具有最大的靈活性，在被訪問前，可以指向任何地址，這大大方便了對硬件的操作，但同時也對開發(fā)者有了更高的要求。參考如下代碼。

int main(void){char cval[] = "hello";int i;int ival[] = {1, 2, 3, 4};int arr_val[][2] = {{1, 2}, {3, 4}};const char *pconst = "hello";char *p;int *pi;int *pa;int **par; p = cval; p++; //addr增加1 pi = ival; pi+=1; //addr增加4 pa = arr_val[0]; pa+=1; //addr增加4 par = arr_val; par++; //addr增加8for(i=0; i

#include typedef struct{int b;int a;}STRUCT_VAL;static __align(4) char arr[8] = {0x12, 0x23, 0x34, 0x45, 0x56, 0x12, 0x24, 0x53};int main(void){ STRUCT_VAL *pval;int *ptr; pval = (STRUCT_VAL *)arr; ptr = (int *)&arr[4];printf("val:%d, %d", pval->a, pval->b);printf("val:%d,", *ptr);}//0x45342312 0x53241256//0x53241256 基于指針的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，在協(xié)議解析，數(shù)據(jù)存儲管理中高效快捷的解決了數(shù)據(jù)解析的問題，但是在處理過程中涉及的數(shù)據(jù)對齊，大小端，是常見且十分易錯的問題，如上面arr字符數(shù)組，通過__align(4)強(qiáng)制定義為4字節(jié)對齊是必要的，這里可以保證后續(xù)轉(zhuǎn)換成int指針訪問時，不會觸發(fā)非對齊訪問異常，如果沒有強(qiáng)制定義，char默認(rèn)是1字節(jié)對齊的，當(dāng)然這并不就是一定觸發(fā)異常(由整個內(nèi)存的布局決定arr的地址，也與實(shí)際使用的空間是否支持非對齊訪問有關(guān)，如部分SDRAM使用非對齊訪問時，會觸發(fā)異常), 這就導(dǎo)致可能增減其它變量，就可能觸發(fā)這種異常，而出異常的地方往往和添加的變量毫無關(guān)系，而且代碼在某些平臺運(yùn)行正常，切換平臺后觸發(fā)異常，這種隱蔽的現(xiàn)象是嵌入式中很難查找解決的問題。另外，C語言指針還有特殊的用法就是通過強(qiáng)制轉(zhuǎn)換給特定的物理地址訪問，通過函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)回調(diào)，如下：

#include typedef int (*pfunc)(int, int);int func_add(int a, int b){return a+b;}int main(void){ pfunc *func_ptr; *（volatile uint32_t *）0x20001000 = 0x01a23131; func_ptr = func_add;printf("%d ", func_ptr(1, 2));} 這里說明下，volatile易變的，可變的，一般用于以下幾種狀況：

并行設(shè)備的硬件寄存器，如：狀態(tài)寄存器）

一個中斷服務(wù)子程序中會訪問到的非自動變量（Non-automatic variables)

多線程應(yīng)用中被幾個任務(wù)共享的變量

volatile可以解決用戶模式和異常中斷訪問同一個變量時，出現(xiàn)的不同步問題，另外在訪問硬件地址時，volatile也阻止對地址訪問的優(yōu)化，從而確保訪問的實(shí)際的地址，精通volatile的運(yùn)用，在嵌入式底層中十分重要，也是嵌入式C從業(yè)者的基本要求之一。函數(shù)指針在一般嵌入式軟件的開發(fā)中并不常見，但對許多重要的實(shí)現(xiàn)如異步回調(diào)，驅(qū)動模塊，使用函數(shù)指針就可以利用簡單的方式實(shí)現(xiàn)很多應(yīng)用，當(dāng)然我這里只能說是拋磚引玉，許多細(xì)節(jié)知識是值得詳細(xì)去了解掌握的。結(jié)構(gòu)類型和對齊 C語言提供自定義數(shù)據(jù)類型來描述一類具有相同特征點(diǎn)的事務(wù)，主要支持的有結(jié)構(gòu)體，枚舉和聯(lián)合體。其中枚舉通過別名限制數(shù)據(jù)的訪問，可以讓數(shù)據(jù)更直觀，易讀，實(shí)現(xiàn)如下：

typedefenum{spring=1,summer,autumn,winter}season;season s1 = summer; 聯(lián)合體的是能在同一個存儲空間里存儲不同類型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型，對于聯(lián)合體的占用空間，則是以其中占用空間最大的變量為準(zhǔn)，如下：

typedef union{ char c; short s; int i; }UNION_VAL; UNION_VAL val; int main(void) { printf("addr:0x%x, 0x%x, 0x%x ", (int)(&(val.c)), (int)(&(val.s)), (int)(&(val.i))); val.i = 0x12345678; if(val.s == 0x5678) printf("小端模式 "); else printf("大端模式 "); } /*addr:0x407970, 0x407970, 0x407970 小端模式*/ 聯(lián)合體的用途主要通過共享內(nèi)存地址的方式，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)內(nèi)部段的訪問，這在解析某些變量時，提供了更為簡便的方式，此外測試芯片的大小端模式也是聯(lián)合體的常見應(yīng)用，當(dāng)然利用指針強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，也能實(shí)現(xiàn)該目的,實(shí)現(xiàn)如下：

int data = 0x12345678; short *pdata = (short *)&data; if(*pdata = 0x5678) printf("%s ", "小端模式"); else printf("%s ", "大端模式"); 可以看出使用聯(lián)合體在某些情況下可以避免對指針的濫用。結(jié)構(gòu)體則是將具有共通特征的變量組成的集合，比起C++的類來說，它沒有安全訪問的限制，不支持直接內(nèi)部帶函數(shù)，但通過自定義數(shù)據(jù)類型，函數(shù)指針，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)很多類似于類的操作，對于大部分嵌入式項(xiàng)目來說，結(jié)構(gòu)化處理數(shù)據(jù)對于優(yōu)化整體架構(gòu)以及后期維護(hù)大有便利。 C語言的結(jié)構(gòu)體支持指針和變量的方式訪問，通過轉(zhuǎn)換可以解析任意內(nèi)存的數(shù)據(jù)，如我們之前提到的通過指針強(qiáng)制轉(zhuǎn)換解析協(xié)議。另外通過將數(shù)據(jù)和函數(shù)指針打包，在通過指針傳遞，是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動層實(shí)接口切換的重要基礎(chǔ)，有著重要的實(shí)踐意義，另外基于位域，聯(lián)合體，結(jié)構(gòu)體，可以實(shí)現(xiàn)另一種位操作，這對于封裝底層硬件寄存器具有重要意義。通過聯(lián)合體和位域操作，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)內(nèi)bit的訪問，這在寄存器以及內(nèi)存受限的平臺，提供了簡便且直觀的處理方式，另外對于結(jié)構(gòu)體的另一個重要知識點(diǎn)就是對齊了，通過對齊訪問，可以大幅度提高運(yùn)行效率，但是因?yàn)閷R引入的存儲長度問題，也是容易出錯的問題，對于對齊的理解，可以分類為如下說明。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型：以默認(rèn)的的長度對齊，如char以1字節(jié)對齊，short以2字節(jié)對齊等

數(shù)組 ：按照基本數(shù)據(jù)類型對齊，第一個對齊了后面的自然也就對齊了。

聯(lián)合體 ：按其包含的長度最大的數(shù)據(jù)類型對齊。

結(jié)構(gòu)體：結(jié)構(gòu)體中每個數(shù)據(jù)類型都要對齊，結(jié)構(gòu)體本身以內(nèi)部最大數(shù)據(jù)類型長度對齊

?其中union聯(lián)合體的大小與內(nèi)部最大的變量int一致，為4字節(jié)，根據(jù)讀取的值，就知道實(shí)際內(nèi)存布局和填充的位置是一致，事實(shí)上學(xué)會通過填充來理解C語言的對齊機(jī)制，是有效且快捷的方式。預(yù)處理機(jī)制 C語言提供了豐富的預(yù)處理機(jī)制，方便了跨平臺的代碼的實(shí)現(xiàn)，此外C語言通過宏機(jī)制實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)和代碼塊替換，字符串格式化，代碼段切換，對于工程應(yīng)用具有重要意義，下面按照功能需求，描述在C語言運(yùn)用中的常用預(yù)處理機(jī)制。 #include 包含文件命令，在C語言中，它執(zhí)行的效果是將包含文件中的所有內(nèi)容插入到當(dāng)前位置，這不只包含頭文件，一些參數(shù)文件，配置文件，也可以使用該文件插入到當(dāng)前代碼的指定位置。其中<>和""分別表示從標(biāo)準(zhǔn)庫路徑還是用戶自定義路徑開始檢索。 #define宏定義，常見的用法包含定義常量或者代碼段別名，當(dāng)然某些情況下配合##格式化字符串，可以實(shí)現(xiàn)接口的統(tǒng)一化處理，實(shí)例如下：

#define MAX_SIZE 10#define MODULE_ON 1#define ERROR_LOOP() do{ printf("error loop "); }while(0);#define global(val) g_##valint global(v) = 10;int global(add)(int a, int b){return a+b;｝ #if..#elif...#else...#endif， #ifdef..#endif, #ifndef...#endif條件選擇判斷，條件選擇主要用于切換代碼塊，這種綜合性項(xiàng)目和跨平臺項(xiàng)目中為了滿足多種情況下的需求往往會被使用。 #undef 取消定義的參數(shù)，避免重定義問題。 #error，#warning用于用戶自定義的告警信息，配合#if，#ifdef使用，可以限制錯誤的預(yù)定義配置。 #pragma 帶參數(shù)的預(yù)定義處理，常見的#pragma pack(1), 不過使用后會導(dǎo)致后續(xù)的整個文件都以設(shè)置的字節(jié)對齊，配合push和pop可以解決這種問題，代碼如下：

#pragma pack(push)#pragma pack(1)struct TestA{char i;int b;}A;#pragma pack(pop); //注意要調(diào)用pop，否則會導(dǎo)致后續(xù)文件都以pack定義值對齊，執(zhí)行不符合預(yù)期//等同于struct _TestB{char i;int b; }__attribute__((packed))A;總結(jié) 嵌入式C語言在處理硬件物理地址、位操作、內(nèi)存訪問方面都給予開發(fā)者了充分的自由。通過數(shù)組，指針以及強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的技巧，可以有效減少數(shù)據(jù)處理中的復(fù)制過程，這對于底層是必要的，也方便了整個架構(gòu)的開發(fā)。對于任何嵌入式C語言開發(fā)的從業(yè)者，清晰的掌握這些基礎(chǔ)的知識是必要的。

原文標(biāo)題：總結(jié)嵌入式C語言知識點(diǎn)

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