嵌入式C語言內(nèi)存操作編程重點知識點
本文主要講述了嵌入式系統(tǒng)C 編程中內(nèi)存操作的相關(guān)技巧.掌握并深入理解關(guān)于數(shù)據(jù)指針、函數(shù)指針、動態(tài)申請內(nèi)存、const 及volatile 關(guān)鍵字等的相關(guān)知識,是一個優(yōu)秀的C 語言程序設計師的基本要求.當我們已經(jīng)牢固掌握了上述技巧后,我們就已經(jīng)學會了C 語言的99%,因為C 語言最精華的內(nèi)涵皆在內(nèi)存操作中體現(xiàn).我們之所以在嵌入式系統(tǒng)中使用C 語言進行程序設計,99%是因為其強大的內(nèi)存操作能力!
數(shù)據(jù)指針
在嵌入式系統(tǒng)的編程中,常常要求在特定的內(nèi)存單元讀寫內(nèi)容,匯編有對應的MOV指令,而除C/C++以外的其它編程語言基本沒有直接訪問絕對地址的能力.在嵌入式系統(tǒng)的實際調(diào)試中,多借助C 語言指針所具有的對絕對地址單元內(nèi)容的讀寫能力.以指針直接操作內(nèi)存多發(fā)生在如下幾種情況:
(1) 某I/O 芯片被定位在CPU 的存儲空間而非I/O 空間,而且寄存器對應于某特定地址;
(2) 兩個CPU 之間以雙端口RAM 通信,CPU 需要在雙端口RAM 的特定單元(稱為mail box)書寫內(nèi)容以在對方CPU 產(chǎn)生中斷;
(3) 讀取在ROM 或FLASH 的特定單元所燒錄的漢字和英文字模.記住:CPU 以字節(jié)為單位編址,而C 語言指針以指向的數(shù)據(jù)類型長度作自增和自減.理解這一點對于以指針直接操作內(nèi)存是相當重要的.
函數(shù)指針
首先要理解以下三個問題:
(1)C 語言中函數(shù)名直接對應于函數(shù)生成的指令代碼在內(nèi)存中的地址,因此函數(shù)名可以直接賦給指向函數(shù)的指針;
(2)調(diào)用函數(shù)實際上等同于"調(diào)轉(zhuǎn)指令+參數(shù)傳遞處理+回歸位置入棧",本質(zhì)上最核心的操作是將函數(shù)生成的目標代碼的首地址賦給CPU 的PC 寄存器;
(3)因為函數(shù)調(diào)用的本質(zhì)是跳轉(zhuǎn)到某一個地址單元的code 去執(zhí)行,所以可以"調(diào)用"一個根本就不存在的函數(shù)實體
數(shù)組vs.動態(tài)申請
在嵌入式系統(tǒng)中動態(tài)內(nèi)存申請存在比一般系統(tǒng)編程時更嚴格的要求,這是因為嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存空間往往是十分有限的,不經(jīng)意的內(nèi)存泄露會很快導致系統(tǒng)的崩潰.所以一定要保證你的malloc 和free 成對出現(xiàn)給出原則:
(1)盡可能的選用數(shù)組,數(shù)組不能越界訪問(真理越過一步就是謬誤,數(shù)組越過界限就光榮地成全了一個混亂的嵌入式系統(tǒng));
(2)如果使用動態(tài)申請,則申請后一定要判斷是否申請成功了,并且malloc 和free應成對出現(xiàn)!
關(guān)鍵字const
const 意味著"只讀".區(qū)別如下代碼的功能非常重要,也是老生長嘆,如果你還不知道它們的區(qū)別,而且已經(jīng)在程序界摸爬滾打多年,那只能說這是一個悲哀:
const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;
(1)關(guān)鍵字const 的作用是為給讀你代碼的人傳達非常有用的信息.例如,在函數(shù)的形參前添加const 關(guān)鍵字意味著這個參數(shù)在函數(shù)體內(nèi)不會被修改,屬于"輸入?yún)?shù)".在有多個形參的時候,函數(shù)的調(diào)用者可以憑借參數(shù)前是否有const 關(guān)鍵字,清晰的辨別哪些是輸入?yún)?shù),哪些是可能的`輸出參數(shù).
(2)合理地使用關(guān)鍵字const 可以使編譯器很自然地保護那些不希望被改變的參數(shù),防止其被無意的代碼修改,這樣可以減少bug 的出現(xiàn).
關(guān)鍵字volatile
C 語言編譯器會對用戶書寫的代碼進行優(yōu)化,譬如如下代碼:
int a,b,c;
a = inWord(0x100); /*讀取I/O 空間0x100 端口的內(nèi)容存入a 變量*/
b = a;
a = inWord (0x100); /*再次讀取I/O 空間0x100 端口的內(nèi)容存入a 變量*/
c = a;
很可能被編譯器優(yōu)化為:
int a,b,c;
a = inWord(0x100); /*讀取I/O 空間0x100 端口的內(nèi)容存入a 變量*/
b = a;
c = a;
但是這樣的優(yōu)化結(jié)果可能導致錯誤,如果I/O 空間0x100 端口的內(nèi)容在執(zhí)行第一次讀操作后被其它程序?qū)懭胄轮?則其實第2 次讀操作讀出的內(nèi)容與第一次不同,b 和c的值應該不同.在變量a 的定義前加上volatile 關(guān)鍵字可以防止編譯器的類似優(yōu)化,正確的做法是:
volatile int a;
volatile 變量可能用于如下幾種情況:
(1) 并行設備的硬件寄存器(如:狀態(tài)寄存器,例中的代碼屬于此類);
(2) 一個中斷服務子程序中會訪問到的非自動變量(也就是全局變量);
(3) 多線程應用中被幾個任務共享的變量.
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