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Cortex-M這類(lèi)微控制器編程通常采用C代碼，那么編程人員如何編寫(xiě)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(gè)很重要的話(huà)題。這里所說(shuō)的高質(zhì)量底層代碼是指既達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(xiě)利于優(yōu)化的源代碼，節省棧和內存空間，函數原型，整型和位取反，同時(shí)讀寫(xiě)變量的保護，不進(jìn)行初始化的變量這幾個(gè)方面來(lái)討論如何編寫(xiě)良好的嵌入式C代碼。 一、編寫(xiě)利于優(yōu)化的源代碼 我們在編寫(xiě)源代碼的時(shí)候如果能夠遵循以下幾點(diǎn)，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(dòng)變量和參數)比靜態(tài)或全局變量要更好。 為什么這么說(shuō)呢，因為優(yōu)化器會(huì )假定任何一個(gè)函數都可能修改靜態(tài)或全局變量。當局部變量的生命周期結束的時(shí)候，它所占據的內存就可以被其它變量使用，而全局變量在整個(gè)程序的生命周期內都不會(huì )釋放它所占據的內存空間。 2)避免用&運算符取局部變量的地址。 這里有兩個(gè)原因會(huì )導致該操作的效率低下。首先，變量必須放在內存中，不能放在處理器的寄存器中，這將導致更長(cháng)更慢的代碼效率。其次，優(yōu)化器不再假設其它的函數，因此不會(huì )影響到該變量。 3)編譯器的內聯(lián)函數能力。 為了最大限度的影響編譯器的內聯(lián)轉換，我們最好把那些多個(gè)模塊都用到的小函數寫(xiě)在頭文件中而不是實(shí)現文件中。 二、節省棧和內存空間 以下的編程技術(shù)可以讓我們節省內存和�？臻g： 1)如果�？臻g有限，那么我們就要盡量避免長(cháng)的調用鏈和遞歸函數。 2)避免使用大的聚合類(lèi)型(比如結構體)作為參數或者返回類(lèi)型。為了節省�？臻g，我們應該更多的使用指針來(lái)代替這種聚合類(lèi)型。 三、函數原型 有兩種函數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，但強烈建議應用原型風(fēng)格，也就是說(shuō)對每一個(gè)公共函數都在相應的頭文件中提供一個(gè)原型聲明。 這是因為編譯器對應用Kernighan & Ritchie C風(fēng)格的參數不進(jìn)行類(lèi)型檢查。應用原型風(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)行參數類(lèi)型提升。 為了保證所有的公共函數都在定義之前聲明過(guò)，可以打開(kāi)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(xiě)明每個(gè)參數的類(lèi)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)行函數原型聲明。取而代之的是一個(gè)空參數列表的函數聲明。函數的定義也有些不同。 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，整數類(lèi)型和它們的轉換提升規則會(huì )導致難以理解的行為。這經(jīng)常出現在賦值或者條件表達式中，這里涉及不同長(cháng)度類(lèi)型的數據和邏輯操作尤其是位取反操作。這里的類(lèi)型也包括常數類(lèi)型。例如：1個(gè)8位的字符類(lèi)型，1個(gè)32位的整數類(lèi)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(gè)8位無(wú)符號字符類(lèi)型，因此它不可能比255大，也不可能是負數，這就意味著(zhù)它的高24位不可能置1。所以這個(gè)測試條件總是false的。 五、同時(shí)讀寫(xiě)變量的保護 在中斷程序或者單獨線(xiàn)程中用到的變量經(jīng)常是異步讀寫(xiě)的，它們必須進(jìn)行適當地標記和適當的保護。 編譯器應用volatile關(guān)鍵字對這類(lèi)變量進(jìn)行標記。這個(gè)關(guān)鍵字通知編譯器該對象的值無(wú)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據內容的時(shí)候都必須讀該對象，而不是只讀一次數據并將它放在處理器的寄存器中以便后續訪(fǎng)問(wèn)之用。 六、不進(jìn)行初始化的變量 通常，運行時(shí)環(huán)境在應用程序啟動(dòng)的時(shí)候會(huì )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(lái)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據輸入緩沖這樣的地方。 本文介紹了編寫(xiě)良好的嵌入式C代碼涉及的多個(gè)方面。編寫(xiě)良好的嵌入式C代碼需要大量的專(zhuān)業(yè)知識，本文雖盡力描述編寫(xiě)良好的嵌入式C代碼所需要的各種技能，但難免會(huì )有不足的地方，希望大家多多指正。 以下課程可免費試聽(tīng)C語(yǔ)言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、Python、安卓等。想學(xué)習的你和我聯(lián)系預約就可以免費聽(tīng)課了宋工QQ3524659088 Tel/VX17317951908 |
