嵌入式C语言内存操作编程

如果你爱编程,请你爱C语言;

如果你爱C语言,请你爱指针;

如果你爱指针,请你爱指针的指针!

本篇主要讲述了嵌入式系统C 编程中内存操作的相关技巧.掌握并深入理解关于数据指针、函数指针、动态申请内存、const 及volatile 关键字等的相关知识,是一个优秀的C 语言程序设计师的基本要求.当我们已经牢固掌握了上述技巧后,我们就已经学会了C 语言的99%,因为C 语言最精华的内涵皆在内存操作中体现.我们之所以在嵌入式系统中使用C 语言进行程序设计,99%是因为其强大的内存操作能力!

数据指针

在嵌入式系统的编程中,常常要求在特定的内存单元读写内容,汇编有对应的MOV指令,而除C/C++以外的其它编程语言基本没有直接访问绝对地址的能力.在嵌入式系统的实际调试中,多借助C 语言指针所具有的对绝对地址单元内容的读写能力.以指针直接操作内存多发生在如下几种情况:

(1) 某I/O 芯片被定位在CPU 的存储空间而非I/O 空间,而且寄存器对应于某特定地址;

(2) 两个CPU 之间以双端口RAM 通信,CPU 需要在双端口RAM 的特定单元(称为mail box)书写内容以在对方CPU 产生中断;

(3) 读取在ROM 或FLASH 的特定单元所烧录的汉字和英文字模.记住:CPU 以字节为单位编址,而C 语言指针以指向的数据类型长度作自增和自减.理解这一点对于以指针直接操作内存是相当重要的.

函数指针

首先要理解以下三个问题:

(1)C 语言中函数名直接对应于函数生成的指令代码在内存中的地址,因此函数名可以直接赋给指向函数的指针;

(2)调用函数实际上等同于"调转指令+参数传递处理+回归位置入栈",本质上最核心的操作是将函数生成的目标代码的首地址赋给CPU 的PC 寄存器;

(3)因为函数调用的本质是跳转到某一个地址单元的code 去执行,所以可以"调用"一个根本就不存在的函数实体

数组vs.动态申请

在嵌入式系统中动态内存申请存在比一般系统编程时更严格的要求,这是因为嵌入式系统的内存空间往往是十分有限的,不经意的内存泄露会很快导致系统的崩溃.所以一定要保证你的malloc 和free 成对出现给出原则:

(1)尽可能的选用数组,数组不能越界访问(真理越过一步就是谬误,数组越过界限就光荣地成全了一个混乱的嵌入式系统);

(2)如果使用动态申请,则申请后一定要判断是否申请成功了,并且malloc 和free应成对出现!

关键字const

const 意味着"只读".区别如下代码的功能非常重要,也是老生长叹,如果你还不知道它们的区别,而且已经在程序界摸爬滚打多年,那只能说这是一个悲哀:

const int a;

int const a;

const int *a;

int * const a;

int const * a const;

(1)关键字const 的作用是为给读你代码的人传达非常有用的信息.例如,在函数的形参前添加const 关键字意味着这个参数在函数体内不会被修改,属于"输入参数".在有多个形参的时候,函数的调用者可以凭借参数前是否有const 关键字,清晰的辨别哪些是输入参数,哪些是可能的输出参数.

(2)合理地使用关键字const 可以使编译器很自然地保护那些不希望被改变的参数,防止其被无意的代码修改,这样可以减少bug 的出现.

关键字volatile

C 语言编译器会对用户书写的代码进行优化,譬如如下代码:

int a,b,c;

a = inWord(0x100); /*读取I/O 空间0x100 端口的内容存入a 变量*/

b = a;

a = inWord (0x100); /*再次读取I/O 空间0x100 端口的内容存入a 变量*/

c = a;

很可能被编译器优化为:

int a,b,c;

a = inWord(0x100); /*读取I/O 空间0x100 端口的内容存入a 变量*/

b = a;

c = a;

但是这样的优化结果可能导致错误,如果I/O 空间0x100 端口的内容在执行第一次读操作后被其它程序写入新值,则其实第2 次读操作读出的内容与第一次不同,b 和c的值应该不同.在变量a 的定义前加上volatile 关键字可以防止编译器的类似优化,正确的做法是:

volatile int a;

volatile 变量可能用于如下几种情况:

(1) 并行设备的硬件寄存器(如:状态寄存器,例中的代码属于此类);

(2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(也就是全局变量);

(3) 多线程应用中被几个任务共享的变量.

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