0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

分析如何远离漫天飞舞的全局变量

工程师 来源:嵌入式大杂烩 作者:嵌入式大杂烩 2020-09-15 13:49 次阅读

来源:嵌入式大杂烩

前篇 《由static来谈谈模块封装》 基本实现了对外隐藏属性,隐藏局部模块函数,开放接口的功能。对于这个话题还有些点没有深入探讨:为什么要这样做?以及这样做的好处。或许很多刚刚开始用C或者其他面向对象编程语言(比如C++)的小伙伴们,常常在一个项目里为了图省事,整了很多全局对象、全局变量满天飞,这样做其实是有很多弊端,本文来聊聊这个话题。

先谈谈全局变量的特点全局变量(Global Variables):在计算机编程语言中,所谓全局变量是指具有全局作用域的变量,这意味着它在整个程序中是可见的,因此是可访问的。所谓可访问,是指全局可读、全局可写。在编译语言中,全局变量通常是静态变量,其范围(生命周期)是程序的整个运行时。当然解释性语言除外,解释性语言包括命令行解释器(比如pythonJava script,shell等)中,全局变量通常在声明时由解释器动态分配,这是由于解释性语言是读取》解释》执行模式,不像编译性语言,运行前可预知变量属性,解释性语言读取解释前无从获取变量属性。

在C/C++编程语言中,全局变量的这种全局可见性特点,滥用全局变量会让代码表现当相当邪恶!如果使用全局变量,就意味着下面这些场景的存在:

实际代码可能有很多地方在读、在写全局变量

全局变量在多线程或多任务间共享

全局变量在常规代码和中断服务程序间共享

为啥说全局变量很邪恶?单片机裸机编程或许你会说,我就这样用?咋了?软件也跑的很好啊?来看看这个场景:

一个超字宽的变量(比如16位单片机,字宽即为16位),正被一个常规代码在写变量数据域时且还没写完,啪叽,来了个中断!中断一来,CPU赶紧把手里的活儿停下来,奔过去处理中断了,不巧在中断函数里,该变量因业务需求有需要写这个变量有经验的不这么写,仅为了方便说明:

举个栗子,还是以之前文章的传感器为例,实际应用中传感器可能是下面这样的数据结构来描述:

#ifndef _SENSOR_H_#define _SENSOR_H_typedef struct _t_sensor{ /* 测量值与测量范围及单位有关 */ float value; /* 测量范围,根据采样值映射 */ float upper_range; float lower_range; /* 温度单位 */ unsiged char unit;}T_SENSOR;/*假定是一个温度测量产品*/extern T_SENSOR temperature;#endif _SENSOR_H_

假定这个传感器数据结构有这样一些被访问的可能:

上位机会改写测量数据的范围及单位,串口通信中断服务程序直接写这个全局变量中的上下限数据域

LCD操作界面可改写温度上下限范围。

测量更新模块根据当前范围及单位配置,将传感器采集到的数据映射为测量值。

这些需求用例,用图描述一下:

比如用户操作HMI界面正改写温度范围,而此时远程上位机也正改写温度范围,按上面这个做法,可能出现哪些邪恶的后果呢?

通过LCD界面写入上限为300.5(假定原下限为0),此时远程串口报文收到,程序直接在中断服务程序将范围修改为(-100,200.5),此时中断返回,用户可能接着修改下限为-200,则最终设备内的温度范围可能既不是(-100,200.5)也不是(-200,300.5),而可能是(-200,200.5)。这是一个易理解的数据混乱的场景。

现实中如果使用的单片机是8位/16位单片机,一条指令无法完成操作一个32位立即数,有可能才完成一个浮点数中某几个字节,此时就被中断打断写入200,然后中断返回后继续写入剩下字节,数据可能会变得非常诡异!利用http://www.speedfly.cn/tools/hexconvert/ 在线工具转换浮点数到16进制:

0x43964000 /* 浮点数300.5的16进制*/0x43488000 /* 浮点数200.5的16进制*/

假定中断进入时,HMI界面程序写入了0x4396前两个字节,中断返回时,上限改写为200.5(0x43488000),此时继续执行后面两个字节写入,则上限变成为(0x43484000),来看看这个数是多大?变成了200.25,这是不是很邪恶?

或许有的朋友会说,可以在LCD写范围时关中断嘛。诚然,可以这么做:

void hmi_operate(){ /*关中断*/ _disable_interrupt(); /*改写温度范围*/ 。。.。 /*开中断*/ _enable_interrupt();}

但是如果这个全局变量有很多地方在改写,为了数据安全,势必就到处开/关中断,这样做的坏处:

经常开关中断,势必影响中断响应,会有概率丢失异步中断处理(比如串口按字节接收中断,可能就会漏收字节),程序不健壮,工作不稳定。

到处访问改写,不易调试,群魔乱舞,代码也不易维护。想加点东西,改点东西可能随处都是坑,一不小心就掉坑里去了!

初学者甚至不会用struct将相关的数据包在一起,其结果是代码里到处都是基本类型的全局变量。一些简单的业务逻辑实现变成一个复杂的代码,数据信息流向一团乱麻。

裸机程序策略对于上面这样一个应用场景,怎么解决这种混乱的现象呢。这里分享一下我的思路,这里将主要的串口以及测量模块的设计思路用UML图描述一下大体思路:

如此一来,外部就看不到全局变量了,只需要调用对应的set/get方法即可实现读写访问,由于是裸机前后台程序,数据流向就变的非常清晰了。main函数的主循环大致就可能是这样:

void main(void){ /*模块初始化*/ init_uart(); init_temperature(); 。。.。 while(1) { interprete_uart(); /*可能是周期性调用*/ if(timer_100ms) { timer_100ms = 0; update_temperature(); } 。。.。 } }

那么uart协议解析要怎么做呢?

void interprete_uart(void){ if(rx_msg.flag) { rx_msg.flag = false; /*报文完整性检查*/ 。。. /*设置温度配置*/ set_upper_range(xxx); set_lower_range(xxx); set_unit(xxx); } if(tx_msg.flag) { tx_msg.flag = false; start_send(); }}static start_send(T_UART_MSG *pMsg){ /*负责底层操作,启动中断传输*/}/*提供应答数据接口*/void reply_temperature_setting(T_SENSOR sensor){ /*解析传入参数并封装应答报文*/}

如此一来,数据流向将变得很清晰,串口接收到数据更新范围配置时,也无需开关中断了,从应用角度几乎见不到全局变量。当然这样做的代价就是会增加一些栈开销。但是这种代价还是值得的。

对于测量模块的set函数思路稍做说明:

int set_upper_range(float range){ T_SENSOR temp = temperature; temp.upper_range = range; /*实现范围合理性检查*/ if(check_range(temp)) { /*两个结构体变量可以直接赋值*/ temperature = temp; return 0; } else { return -1; }}int set_unit(E_UNIT unit){ if(unit》E_UNIT_F) return -1; adjust_range(&temperature,unit); temperature.unit = unit; }

上述代码旨在分享个人的一些思路,其中或有不够严谨的地方,但通过这样的设计思路,应能大幅度远离满天飞的全局变量。

多任务/多线程环境上面描述其实本质上描述了裸机程序里,普通模式运行程序与中断服务程序对于临界资源的竞争。事实上现在不管是单片机,还是处理器,大多都是基于一个操作系统进行应用开发。甚至还可能是多核芯片,这里就存在并发竞争访问资源的问题。

临界资源:各任务/线程采取互斥的方式,实现共享的资源称作临界资源。属于临界资源的硬件串口打印、显示等,软件有消息缓冲队列、变量、数组、缓冲区等。多任务/线程间应采取互斥方式,从而实现对这种资源的共享。

多任务/多线程情况下在写模块时,只需要封装进保护机制即可。常见的保护机制有关中断、信号量、互斥锁等。在Linux内核中为应对多核并发访问还有自旋锁机制。由于篇幅所限,本文就不做展开了,先挖个坑,以后有机会再分享吧。

总结一下在前文介绍static文章的基础上,相对更深入的介绍了为何需要隐藏属性以及开放接口的做法。以及如何远离邪恶的全局变量漫天飞舞的不良设计风格。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • C++
    C++
    +关注

    关注

    22

    文章

    2104

    浏览量

    73480
  • 全局变量
    +关注

    关注

    1

    文章

    28

    浏览量

    8959
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    LABVIEW调用DLL,DLL中包含全局变量不识别的问题

    头文件中写法如上,.cpp文件中写法如下 导入DLL时,错误如下 这个报错就很没有道理 我在同样的文件中按同样的写法,写一个add(a,b,c)函数,同样写全局变量的话,它就不会报这样的错,所以我可以排除是头文件或者预处理定义的问题。 很头疼,有没有大神指导一下。
    发表于 05-31 09:37

    建立更多的全局变量的时候,如何使得PROGRAM SIZE不增大呢?

    今天发现,建立更多的全局变量的时候,PROGRAM SIZE同时也增大了,如何使得PROGRAM SIZE不增大呢?我对全局变量的初始化无要求。
    发表于 05-15 06:30

    COSMIC在外部中断中修改全局变量后,发现在主程序中,修改的值又变回来了,为什么?

    我用的COSMIC,在外部中断中修改全局变量后,发现在主程序中,修改的值又变回来了(比如说我想计数外部中断的次数)。这是怎么回事?而我在定时中断中却可以修改全局变量
    发表于 05-13 08:45

    使用IAR定义全局变量出现两个同名不同地址变量是什么原因导致的?

    使用IAR定义全局变量出现两个同名不同地址变量 systickCount和systickFlag都在另一个c文件里定义的,假设a.c,然后在a.h里声明为外部变量,main.c
    发表于 05-10 06:09

    请问ucos中全局变量OSTime最终能累加到多少呢?

    在ucos-ii 中全局变量 OSTime 总是++请问最终能累加到多少呢? 若加到65530后 会自动归零吗?
    发表于 05-09 06:22

    请问stm32程序中如何优化大量的编译开关和全局变量

    刚接手一个程序,发现里面存在大量的编译开关和定义了大量的全局变量,感觉这些显得很是臃肿,有什么方法可以优化一下这些编译开关和全局变量全局变量是一个个的标志位,有时候还会有条件嵌套。
    发表于 05-06 06:35

    你是不是也没躲过这个坑?用了太多全局变量......

    的弊端:01代码可读性差漫天全局变量,特别是各个源文件都有全部变量的情况下,代码可读性相信你都能明白有多差。如果再加上命名不规范、随处定义,代码可读性更是不能言语。0
    的头像 发表于 05-01 08:10 471次阅读
    你是不是也没躲过这个坑?用了太多<b class='flag-5'>全局变量</b>......

    STM8L使用中全局变量自动更改是怎么回事?

    问题是这样的,我在使用STM8L的时候,定义了一个全局变量A,只在初始化的时候赋了一个初值A=5,在整个程序生命过程中,没有任何一个地方改变这个初值。目前遇到在程序运行中,读出的这个A的值为0,请问是否可以确定为内存溢出或者其他什么问题 有遇到类似情况的吗,求指导
    发表于 04-28 06:03

    全局变量太多有哪些弊端?

    随着全局变量的增多,不同模块的变量名可能会产生冲突或混淆,导致代码难以理解和维护。同时,全局变量使得代码中的依赖关系变得复杂,难以追踪和理解。这增加了新开发人员的学习成本,也增加了修改和调试的难度。
    发表于 04-24 09:15 835次阅读

    请问ModusToolbox下针对CYW20719B2编程,能否指定全局变量地址?

    请问ModusToolbox 下针对CYW20719B2编程,能否指定全局变量地址? 谢谢
    发表于 03-01 11:13

    请问core2里的程序可以直接使用core1里的全局变量吗?

    如题,core2里的程序可以直接使用core1里的全局变量吗?就是不同核之前可以直接通信吗?是否还需要配置一些东西才能实现核间通信?
    发表于 02-20 08:05

    Tc38x中全局变量访问只能是不带cache的地址吗?

    全局变量只能放置在不带cache的地址么?
    发表于 02-06 08:17

    使用Tasking编译器生成的map文件中找不到静态全局变量的地址怎么解决 ?

    使用Tasking编译器生成的map文件中找不到静态全局变量的地址(变量在函数中已经使用),请问怎么解决
    发表于 02-06 07:21

    modustoolbox在正常编译中通过工程下增强了全局变量数组的长度后报错了怎么解决?

    客户使用modustoolboxdevelpcy8c6245azi-s3D72,在正常编译中通过工程下增强了全局变量数组的长度,结果编译报导不错,初始化是内存超越了。通过对比发现.bss的大小最小是25292,如附件描述,请帮忙确认识别本原因并提供解决方案,谢谢谢谢!
    发表于 01-25 06:58

    如何在嵌入式C编码中规范变量

    ◎ 不用或者少用全局变量 说明:单个文件内部可以使用static的全局变量,可以将其理解为类的私有成员变量全局变量应该是模块的私有数据,不能作用对外的接口使用,使用static类型定
    的头像 发表于 12-07 14:42 330次阅读