養(yǎng)成良好的嵌入式C代碼編碼習(xí)慣要遵循哪些規(guī)則？

技術(shù)小白

Cortex-M這類微控制器編程通常采用C代碼，那么編程人員如何編寫代碼才能讓C編譯器產(chǎn)生高質(zhì)量底層代碼就成為一個很重要的話題。這里所說的高質(zhì)量底層代碼是指既達(dá)到編程人員意圖又方便編譯器優(yōu)化的代碼。

本文將從編寫利于優(yōu)化的源代碼，節(jié)省棧和內(nèi)存空間，函數(shù)原型，整型和位取反，同時讀寫變量的保護(hù)，不進(jìn)行初始化的變量這幾個方面來討論如何編寫良好的嵌入式C代碼。

一、編寫利于優(yōu)化的源代碼

我們在編寫源代碼的時候如果能夠遵循以下幾點，可以讓編譯器更好的對代碼進(jìn)行優(yōu)化：

1)局部變量(自動變量和參數(shù))比靜態(tài)或全局變量要更好。

為什么這么說呢，因為優(yōu)化器會假定任何一個函數(shù)都可能修改靜態(tài)或全局變量。當(dāng)局部變量的生命周期結(jié)束的時候，它所占據(jù)的內(nèi)存就可以被其它變量使用，而全局變量在整個程序的生命周期內(nèi)都不會釋放它所占據(jù)的內(nèi)存空間。

2)避免用&運算符取局部變量的地址。

這里有兩個原因會導(dǎo)致該操作的效率低下。首先，變量必須放在內(nèi)存中，不能放在處理器的寄存器中，這將導(dǎo)致更長更慢的代碼效率。其次，優(yōu)化器不再假設(shè)其它的函數(shù)，因此不會影響到該變量。

3)編譯器的內(nèi)聯(lián)函數(shù)能力。

為了最大限度的影響編譯器的內(nèi)聯(lián)轉(zhuǎn)換，我們最好把那些多個模塊都用到的小函數(shù)寫在頭文件中而不是實現(xiàn)文件中。


二、節(jié)省棧和內(nèi)存空間

以下的編程技術(shù)可以讓我們節(jié)省內(nèi)存和棧空間：

1)如果�？臻g有限，那么我們就要盡量避免長的調(diào)用鏈和遞歸函數(shù)。

2)避免使用大的聚合類型(比如結(jié)構(gòu)體)作為參數(shù)或者返回類型。為了節(jié)省�？臻g，我們應(yīng)該更多的使用指針來代替這種聚合類型。


三、函數(shù)原型
有兩種函數(shù)的定義和聲明方式可以使用。一種是原型風(fēng)格，一種是Kernighan & Ritchie C風(fēng)格。兩種風(fēng)格都是可以的，但強烈建議應(yīng)用原型風(fēng)格，也就是說對每一個公共函數(shù)都在相應(yīng)的頭文件中提供一個原型聲明。

這是因為編譯器對應(yīng)用Kernighan & Ritchie C風(fēng)格的參數(shù)不進(jìn)行類型檢查。應(yīng)用原型風(fēng)格在某些情況下將產(chǎn)生高效的代碼，因為它不需要進(jìn)行參數(shù)類型提升。

為了保證所有的公共函數(shù)都在定義之前聲明過，可以打開編譯器選項 Project>Options>C/C++ Compiler>Language 1>Require prototypes

以下是兩種風(fēng)格的示例

1)原型風(fēng)格：

原型風(fēng)格中，必須寫明每個參數(shù)的類型。

int Test(char, int); /* 聲明 */
int Test(char ch, int i) /* 定義 */
{
return i - ch;
}

2)Kernighan & Ritchie風(fēng)格：

Kernighan & Ritchie風(fēng)格中，不需要進(jìn)行函數(shù)原型聲明。取而代之的是一個空參數(shù)列表的函數(shù)聲明。函數(shù)的定義也有些不同。
int Test(); /* 聲明 */
int Test(ch, i) /* 定義 */
char ch;
int i;
{
return i - ch;
}


四、整型和位取反

在某些情況下，整數(shù)類型和它們的轉(zhuǎn)換提升規(guī)則會導(dǎo)致難以理解的行為。這經(jīng)常出現(xiàn)在賦值或者條件表達(dá)式中，這里涉及不同長度類型的數(shù)據(jù)和邏輯操作尤其是位取反操作。這里的類型也包括常數(shù)類型。例如：1個8位的字符類型，1個32位的整數(shù)類型，按照二進(jìn)制補碼操作。

void F1(unsigned char c1)
{
if (c1 == ~0x08);
}

這里，測試條件總是false。因為右邊的0x08 = 0x00000008，~0x00000008 = 0xFFFFFFF7。左邊的c1是1個8位無符號字符類型，因此它不可能比255大，也不可能是負(fù)數(shù)，這就意味著它的高24位不可能置1。所以這個測試條件總是false的。

五、同時讀寫變量的保護(hù)

在中斷程序或者單獨線程中用到的變量經(jīng)常是異步讀寫的，它們必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)貥?biāo)記和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。

編譯器應(yīng)用volatile關(guān)鍵字對這類變量進(jìn)行標(biāo)記。這個關(guān)鍵字通知編譯器該對象的值無任何持久性，不要對它進(jìn)行任何優(yōu)化。它迫使編譯器每次需要該對象數(shù)據(jù)內(nèi)容的時候都必須讀該對象，而不是只讀一次數(shù)據(jù)并將它放在處理器的寄存器中以便后續(xù)訪問之用。

六、不進(jìn)行初始化的變量

通常，運行時環(huán)境在應(yīng)用程序啟動的時候會初始化所有的靜態(tài)和全局變量。編譯器支持用__no_init關(guān)鍵字來聲明不進(jìn)行初始化的變量。用__no_init關(guān)鍵字聲明的變量通常用在大的數(shù)據(jù)輸入緩沖這樣的地方。

本文介紹了編寫良好的嵌入式C代碼涉及的多個方面。編寫良好的嵌入式C代碼需要大量的專業(yè)知識，本文雖盡力描述編寫良好的嵌入式C代碼所需要的各種技能，但難免會有不足的地方，希望大家多多指正。
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