嵌入式C語(yǔ)言詳解

1、這個(gè)測(cè)試適于不同水平的應(yīng)試者，大多數(shù)初級(jí)水平的應(yīng)試者的成績(jī)會(huì)很差，經(jīng)驗(yàn)豐富的程 序員應(yīng)該有很好的成 績(jī)。 為了讓你能自己決定某些問(wèn)題的偏好， 每個(gè)問(wèn)題沒(méi)有分配分?jǐn)?shù)， 如 果選擇這些考題為你所用，請(qǐng)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(gè)常數(shù)，用以表明 1 年中有多少秒 ( 忽略閏年問(wèn)題 ) #define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL我在這想看到幾件事情：1) #define 語(yǔ)法的基本知識(shí) ( 例如：不能以分號(hào)結(jié)束，括號(hào)的使用，等等 )2) 懂得預(yù)處理器將為你計(jì)算常數(shù)表

2、達(dá)式的值， 因此， 直 接寫出你是如何計(jì)算一年中有多少秒而不是計(jì)算出實(shí)際的值，是更清晰而沒(méi)有代價(jià)的。3) 意識(shí)到這個(gè)表達(dá)式將使一個(gè) 16 位機(jī)的整型數(shù)溢出 -因此要用到長(zhǎng)整型符號(hào)L, 告訴編譯器這個(gè)常數(shù)是的長(zhǎng)整型數(shù)。4) 如果你在你的表達(dá)式中用到 UL ( 表 示無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整型 ) ，那么你有了一個(gè)好的起點(diǎn)。記住，第一印象很重要。2 . 寫一個(gè) "標(biāo)準(zhǔn) "宏 MIN ，這個(gè)宏輸入兩個(gè)參數(shù)并返回較小的一個(gè)。 #define MIN(A,B)( A) <= (B) ? (A) : (B)這個(gè)測(cè)試是為下面的目的而設(shè)的：1) 標(biāo)識(shí)#define在宏中應(yīng)用的基本知識(shí)。這是很重要的

3、。因?yàn)樵?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(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 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(shí)。這個(gè)操作符存在C 語(yǔ)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(gè)用法是很重要的。3) 懂得在宏中小心地把參數(shù)用括號(hào)括起來(lái)4) 我也用這個(gè)問(wèn)題開始討論宏的副作用，例如：當(dāng)你寫下面的代碼時(shí)會(huì)發(fā)生什么事？least = MIN(*p+, b);3. 預(yù)處理器標(biāo)識(shí) #error 的目的是什么？如果你不知道答案，請(qǐng)看參考文獻(xiàn) 1 。這問(wèn)題對(duì)區(qū)分一個(gè)正常的伙計(jì)和一個(gè)書呆子是

4、很有用 的。只有書呆子才 會(huì)讀 C 語(yǔ)言課本的附錄去找出象這種問(wèn)題的答案。當(dāng)然如果你不是在找 一個(gè)書呆子，那么應(yīng)試者最好希望自 己不要知道答案。死循環(huán) ( Infinite loops )4. 嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常要用到無(wú)限循環(huán)，你怎么樣用 C 編寫死循環(huán)呢？ 這個(gè)問(wèn)題用幾個(gè)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. 3.4. 這個(gè)實(shí)現(xiàn)方式讓我為難， 因?yàn)檫@個(gè)語(yǔ)法沒(méi)有確切表達(dá)到底怎么回事。 如果一個(gè)應(yīng)試者給出這 個(gè)作為方案， 我將用這個(gè)作為一個(gè)機(jī)會(huì)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

5、樣做，但從沒(méi)有想到過(guò)為什么。"這會(huì)給我留下一個(gè)壞印象。第三個(gè)方案是用 goto1. Loop:2. .3. goto Loop;應(yīng)試者如給出上面的方案， 這說(shuō)明或者他是一個(gè)匯編語(yǔ)言程序員 ( 這也許是好事 ) 或者他是 一個(gè)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(gè)整型數(shù) ( An integer )b) 個(gè)指向整型數(shù)的指針 ( A pointer to an integer )c) 一個(gè)指向指針的的指針，它指向的指針是指向一個(gè)整型數(shù) (A pointer to a pointe

6、r to anintege ) rd) 個(gè)有 10 個(gè)整型數(shù)的數(shù)組 (An array of 10 integers )e) 一個(gè)有 10 個(gè)指針的數(shù)組， 該指針是指向一個(gè)整型數(shù)的。 ( An array of 10 pointers to integers )f) 一個(gè)指向有 10 個(gè)整型數(shù)數(shù)組的指針 ( A pointer to an array of 10 integers )g) 一個(gè)指向函數(shù)的指針，該函數(shù)有一個(gè)整型參數(shù)并返回一個(gè)整型數(shù) ( A pointer to a functionthat takes an integer as an argument and returns a

7、n integer)h) 個(gè)有 10 個(gè)指針的數(shù)組，該指針指向一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)有一個(gè)整型參數(shù)并返回一個(gè)整型數(shù) ( An array of ten pointers tofunctions that take an integer argument and return an integer) 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 i

8、ntegers5. 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 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

9、 argument and return an integer人們經(jīng)常聲稱這里有幾個(gè)問(wèn)題是那種要翻一下書才能回答的問(wèn)題， 我同意這種說(shuō)法。 當(dāng)我寫 這篇文章時(shí)，為了確定語(yǔ)法的正確性，我的確查了一下書。但是當(dāng)我被面試的時(shí)候，我期望 被問(wèn)到這個(gè)問(wèn)題 (或者相近的問(wèn)題) 。因?yàn)樵诒幻嬖嚨倪@段時(shí)間里，我確定我知道這個(gè)問(wèn)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(méi)有為這次面試做 準(zhǔn)備，如果該面試者沒(méi)有為這次面試做準(zhǔn)備，那么他又能為什么出準(zhǔn)備呢？Static6. 關(guān)鍵字 static 的作用是什么？ 這個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題很少有人能回答完全。在 C 語(yǔ)言中，關(guān)鍵字 static 有三

10、個(gè) 明顯的作用：1）在函數(shù)體，一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數(shù)被調(diào)用過(guò)程中維持其值不變。2 ） 在模塊內(nèi)（但在函數(shù)體外） ，一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量可以被模塊內(nèi)所用函數(shù)訪問(wèn)，但不 能被模塊外其 它函數(shù)訪問(wèn)。它是一個(gè)本地的全局變量。3）在模塊內(nèi)，一個(gè)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(gè) 函數(shù)被限制在聲明 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(gè) 應(yīng)試者的嚴(yán)重的缺點(diǎn)， 因?yàn)樗@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(shuō)

11、： "const 意味著常數(shù) " ，我就知道我正在和一個(gè)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(méi)有讀到那篇文章，只要能說(shuō)出 con st 意味著”只讀"就可以了。盡管這個(gè)答案不是完全的答案， 但我接受它作為 一個(gè)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(gè)問(wèn)題，我將問(wèn)他一個(gè)附加的問(wèn)題： 下面的聲明都是

12、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(gè)的作用是一樣， a 是一個(gè)常整型數(shù)。第三個(gè)意味著 a 是一個(gè)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(gè)意思 a 是一個(gè)指向整型數(shù)的常指針（也 就是說(shuō)，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(gè)意味著 a 是一 個(gè)指向常整型數(shù)的常指針 （也就是說(shuō)， 指針指向的整型數(shù)是不可修改的， 同時(shí)指針也是不可 修改的）。如 果應(yīng)試者能正確回答這些問(wèn)題， 那么他就給我留下

13、了一個(gè)好印象。 順帶提一句， 也許你可能會(huì)問(wèn)，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(shí)際上，聲明一個(gè)參數(shù)為常量是為了告訴了用戶這個(gè)參數(shù)的應(yīng)用目的。如果你曾花很多時(shí)間清理其它人留下的垃圾， 你就會(huì)很快學(xué)會(huì)感 謝這點(diǎn)多余的信息。 （當(dāng)然，懂得用 const 的程序員很少會(huì)留下的垃圾讓 別人來(lái)清理的。 ）2）通過(guò)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

14、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(wú)意的代碼修改。簡(jiǎn)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(gè)不同的例子一個(gè)定義為 volatile 的變量是說(shuō)這變量可能會(huì)被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會(huì)去假 設(shè)這個(gè)變量的值 了。 精確地說(shuō)就是， 優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這 個(gè)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(gè)例子：1) 并行設(shè)備的硬件寄存器 ( 如：狀態(tài)寄存器 )2) 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪問(wèn)到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variab

15、les)3) 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量 回答不出這個(gè)問(wèn)題的人是不會(huì)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(wèn)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(huì)帶來(lái)災(zāi)難。假設(shè)被面試者正確地回答了這是問(wèn)題 ( 嗯，懷疑是否會(huì)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(gè)參數(shù)既可以是 const 還可以是 volatile 嗎？解釋為什么。2) ; 一個(gè)指針可以是 volatile 嗎？解釋為什么。3) ; 下

16、面的函數(shù)有什么錯(cuò)誤：1. int square(volatile int *ptr)2.3.return *ptr * *ptr;4.下面是答案：1) 是的。一個(gè)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?yàn)槌绦虿粦?yīng)該試圖去修改它。2) ; 是的。盡管這并不很常見(jiàn)。一個(gè)例子是當(dāng)一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè) buffer 的 指針時(shí)。3) 這段代碼有點(diǎn)變態(tài)。這段代碼的目的是用來(lái)返指針 *ptr 指向值的平方，但是，由于 *ptr 指向一個(gè) volatile 型參數(shù)，編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼：由于 *ptr 的值可能被意想不到地該變，因此

17、是你所期望的平方值！正確的代碼如下：a和b可能是不同的。結(jié)果，這段代碼可能返不1.intsquare(volatile int *ptr)2.3.int a,b;4.a = *ptr;5.b = *ptr;6.return a * b;7.1. long square(volatile int *ptr)2. 3. int a;a = *ptr;5. return a * a;6. 位操作(Bit manipulation )9. 嵌入式系統(tǒng)總是要用戶對(duì)變量或寄存器進(jìn)行位操作。給定一個(gè)整型變量a,寫兩段代碼，第一個(gè)設(shè)置a的bit 3，第二個(gè)清除a的bit 3。在以上兩個(gè)操作中，要保持其它位不變

18、。對(duì)這個(gè)問(wèn)題有三種基本的反應(yīng)1) 不知道如何下手。該被面者從沒(méi)做過(guò)任何嵌入式系統(tǒng)的工作。2) 用bit fields。Bitfields是被扔到C語(yǔ)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(shí)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(dòng)程序，它用到了 bit fields因此完全對(duì)我無(wú)用，因?yàn)槲业木幾g器用其它的 方式來(lái)實(shí)現(xiàn)bitfields的。從道德講：永遠(yuǎn)不要讓一個(gè)非嵌入式的家伙粘實(shí)際硬件的邊。3) 用#defines和bit masks操作。這是一個(gè)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. #de

19、fine BIT3 (0x1 << 3)2. static int a;3.4 void set_bit3(void) 即使你的品味更接近第二種方案，但我建議你在面試時(shí)使用第一種方案。.a |= BIT3;void clear_bit3(void)10.11. a &=BIT3;一些人喜歡為設(shè)置和清除值而定義一個(gè)掩碼同時(shí)定義一些說(shuō)明常數(shù)這也是可以接受的。我希望看到幾個(gè)要點(diǎn)：說(shuō)明常數(shù)、|=和&二操作。訪問(wèn)固定的內(nèi)存位置 ( Accessing fixed memory locations)10.嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常具有要求程序員去訪問(wèn)某特定的內(nèi)存位置的特點(diǎn)。在

20、某工程中，要求設(shè)置一絕對(duì)地址為 0x67a9的整型變量的值為 0xaa66。編譯器是一個(gè)純粹的ANSI編譯器。寫代碼去完成這一任務(wù)這一問(wèn)題測(cè)試你是否知道為了訪問(wèn)一絕對(duì)地址把一個(gè)整型數(shù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換(typecast )為一指針是合法的。這一問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)方式隨著個(gè)人風(fēng)格不同而不同。典型的類似代碼如下:1. int *ptr;2. ptr = (int *)0x67a9;3. *ptr = 0xaa55;A more obscure approach is:一個(gè)較晦澀的方法是:1.*(i nt * co nst)(0x67a9) = 0xaa55;中斷(Interrupts )11.中斷是嵌入式系統(tǒng)中重要

21、的組成部分，這導(dǎo)致了很多編譯開發(fā)商提供一種擴(kuò)展 一讓標(biāo)準(zhǔn)C支持中斷。具代表事實(shí)是， 產(chǎn)生了一個(gè)新的關(guān)鍵字 interrupt。下面的代碼就使 用了 _interrupt關(guān)鍵字去定義了一個(gè)中斷服務(wù)子程序(ISR)，請(qǐng)?jiān)u論一下這段代碼的。1. _in terrupt double compute_area (double radius)2. 3. double area = PI * radius * radius;4. printf("/nArea = %f", area);5. return area;6. 這個(gè)函數(shù)有太多的錯(cuò)誤了，以至讓人不知從何說(shuō)起了：1) ISR不能返

22、回一個(gè)值。如果你不懂這個(gè)，那么你不會(huì)被雇用的。2) ISR不能傳遞參數(shù)。如果你沒(méi)有看到這一點(diǎn)，你被雇用的機(jī)會(huì)等同第一項(xiàng)。3) 在許多的處理器/編譯器中，浮點(diǎn)一般都是不可重入的。有些處理器/編譯器需要讓額處的 寄存器入棧，有些處理器/編譯器就是不允許在ISR中做浮點(diǎn)運(yùn)算。此外，ISR應(yīng)該是短而 有效率的，在ISR中做 浮點(diǎn)運(yùn)算是不明智的。4) 與第三點(diǎn)一脈相承，printf()經(jīng)常有重入和性能上的問(wèn)題。如果你丟掉了第三和第四點(diǎn)，我不會(huì)太為難你的。不用說(shuō)，如果你能得到后兩點(diǎn)，那么你的被雇用前景越來(lái)越光明了。代碼例子(Code examples )12 .下面的代碼輸出是什么，為什么？1. vo i

23、d foo(void)2. 3. un sig ned int a = 6;4. int b = -20;5. (a+b > 6) ? puts("> 6") : puts("<= 6");6. 這個(gè)問(wèn)題測(cè)試你是否懂得C語(yǔ)言中的整數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換原則，我發(fā)現(xiàn)有些開發(fā)者懂得極少這些東西。不管如何，這無(wú)符號(hào)整型問(wèn)題的答案是輸出是">6"。原因是當(dāng)表達(dá)式中存在有符號(hào)類型和無(wú)符號(hào)類型時(shí)所有的操作數(shù)都自動(dòng)轉(zhuǎn)換為無(wú)符號(hào)類型。因此-20變成了一個(gè)非常大的正 整數(shù)，所以該表達(dá)式計(jì)算出的結(jié)果大于6。這一點(diǎn)對(duì)于應(yīng)當(dāng)頻繁用到無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)類型

24、的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是豐常重要的。如果你答錯(cuò)了這個(gè)問(wèn)題，你也就到了得不到這份工作的邊緣。13. 評(píng)價(jià)下面的代碼片斷：1. un sig ned int zero = 0;2. un sig ned int compzero = OxFFFF;3. /*1's compleme nt of zero */對(duì)于一個(gè)int型不是16位的處理器為說(shuō)，上面的代碼是不正確的。應(yīng)編寫如下：un sig ned in t compzero = 0;這一問(wèn)題真正能揭露出應(yīng)試者是否懂得處理器字長(zhǎng)的重要性。在我的經(jīng)驗(yàn)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(jī)程序往往把硬件作為一

25、個(gè)無(wú)法避免 的煩惱。到了這個(gè)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(gè)測(cè) 試就在這里結(jié)束了。 但如果顯然應(yīng)試者做得不錯(cuò)， 那么我就扔出下面的追加 問(wèn)題， 這些問(wèn)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(cuò)。 提出這些問(wèn)題， 我希 望更多看到應(yīng)試者應(yīng)付問(wèn)題的方法，而不是答 案。不管如何，你就當(dāng)是這個(gè)娛樂(lè)吧 . 動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配 （ Dynamic memory allocation ）14. 盡管不像非嵌入式計(jì)算機(jī)那么常見(jiàn)，嵌入式系統(tǒng)還是有從堆（heap ）中動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的過(guò)程的。那么嵌入式系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存可能發(fā)生的問(wèn)題是什么？這里， 我期望

26、應(yīng)試者能提到內(nèi)存碎片，碎片收集的問(wèn)題， 變量的持行時(shí)間等等。這個(gè)主題已 經(jīng)在 ESP 雜志 中被廣泛地討論過(guò)了 （主要是 P.J.PIauger, 他的解釋遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我這里能提到的 任何解釋），所有回過(guò)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(jué)后，我拿出 這么一個(gè)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. puts("Got a nuII pointer");4. eIse5. puts("Got a vaIid pointer");這是一個(gè)有趣的問(wèn)題。 最近在我的一個(gè)同事不經(jīng)意把 0 值傳給了函數(shù) maIIoc ，得到了一個(gè)合 法的指針之 后， 我才想到這個(gè)問(wèn)題。 這就是上面的代碼， 該代碼的輸出是 "Got a vaIidpointer" 。 我用這個(gè)來(lái)開始討 論這樣的一問(wèn)題， 看看被面試者是否想到庫(kù)例程這樣做是正確。 得到正確 的答案固然重要，但解決問(wèn)題的方 法和你做決定的基本原理更重要些。Typedef15 Typedef 在 C 語(yǔ)言中頻繁用以聲明一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)類型的